原子吸收考試題(關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的選擇題)

1.關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的選擇題

選c 原子結(jié)構(gòu) 眾所周知，電子是帶負(fù)電的，顯然，原子中應(yīng)該存在帶正電的物質(zhì)，湯姆孫提出了一種“葡萄干布丁模型”，他假設(shè)原子的正電荷均勻分布在整個(gè)原子球體內(nèi)，而電子是鑲嵌在其中的，為了能夠解釋元素周期表，他進(jìn)一步假定電子分布在一些同心圓上，每個(gè)環(huán)上存在有限個(gè)電子。

這一模型不久就被他的學(xué)生盧瑟福推翻了。在當(dāng)時(shí)，X射線與放射性剛發(fā)現(xiàn)不久，是當(dāng)時(shí)研究的熱點(diǎn)。

盧瑟福在X射線與放射性方面做出過(guò)許多突出貢獻(xiàn)，尤其是他發(fā)現(xiàn)了放射性射線的三種成分：α射線，β射線，γ射線，而且證明了α射線就是氦離子。 盧瑟福利用鐳放射出的高能α粒子作炮彈轟擊各種原子，通過(guò)測(cè)量出射的α粒子的角分布來(lái)研究α粒子與物質(zhì)的相互作用。

1909年，他的學(xué)生蓋革和馬斯頓等在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有約八千分之一的粒子被反射回來(lái)。這一實(shí)驗(yàn)直接否定了湯姆孫的葡萄干模型，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)，盧瑟福于1911年提出了原子的有核模型。

他認(rèn)為原子幾乎所有的質(zhì)量和全部電荷都集中在一個(gè)非常小的體積內(nèi)，稱(chēng)作原子核，電子在核外繞核運(yùn)動(dòng)。為了證明這一理論，他們又經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最后以嚴(yán)格的、確鑿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了散射理論與有核模型。

盧瑟福的學(xué)生中有十幾位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，著名的有玻爾、查德威克、科克羅夫特、卡皮察、哈恩等，原子核發(fā)現(xiàn)后，盧瑟福于1919年利用α射線轟擊氮原子核，在人類(lèi)歷史上首次實(shí)現(xiàn)了“煉金術(shù)”，第一次實(shí)現(xiàn)了核反應(yīng)。從此元素在也不是永恒不變的東西了。

盧瑟福通過(guò)一系列核反應(yīng)發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子也就是氫離子是一切原子核的組成成分，并預(yù)言了中子，中子后來(lái)由他的學(xué)生查德威克發(fā)現(xiàn)，并且最終確立了以質(zhì)子和中子為基礎(chǔ)的原子核結(jié)構(gòu)模型。泡利不相容原理建立之后，元素周期律也得到了解釋。

盧瑟福后來(lái)被稱(chēng)為核物理之父。當(dāng)然，就在英國(guó)轟轟烈烈的時(shí)候，不要忘記法國(guó)的居里夫婦，因?yàn)楸R瑟福一系列發(fā)現(xiàn)所需要的原子炮彈就是放射性元素（尤其是鐳）放出的α粒子。

此時(shí)的法國(guó)成立了居里實(shí)驗(yàn)室，居里因車(chē)禍喪生，瑪麗因在放射性方面的成就再獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，有名著《放射性通論》傳世，居里實(shí)驗(yàn)室后由小居里夫婦：約里奧.居里和伊萊娜.居里主持，同樣人才濟(jì)濟(jì)，與三大圣地相比也毫不遜色。小居里夫婦運(yùn)氣差了一點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)中子被查德威克搶了先，發(fā)現(xiàn)正電子被安德森搶了先，發(fā)現(xiàn)核裂變被哈恩搶了先，機(jī)遇稍縱即逝。

不過(guò)最后終于因?yàn)槿斯し派湫缘陌l(fā)現(xiàn)而獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。如今放射性同位素已經(jīng)達(dá)到了幾千種，絕大多數(shù)都是人工產(chǎn)生的，這要?dú)w功于小居里夫婦。

有核模型在實(shí)驗(yàn)上取得了成功，但與當(dāng)時(shí)的基礎(chǔ)理論存在嚴(yán)重的沖突。按經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)，由于電子作圓周運(yùn)動(dòng)，一定會(huì)輻射電磁波，由于損失了能量，會(huì)在1ns時(shí)間內(nèi)落入原子核，同時(shí)發(fā)射連續(xù)光譜。

也就是說(shuō)，理論上根本就不可能存在原子這種東西。但是原子的確存在，而且是穩(wěn)定的，發(fā)射線狀光譜，有大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和整個(gè)化學(xué)的支持。

1911年，一個(gè)26歲的丹麥年輕人來(lái)到劍橋，隨后轉(zhuǎn)到曼徹斯特的盧瑟福實(shí)驗(yàn)室，從而了解到了原子核這一驚人發(fā)現(xiàn)。最終，他找到了有核模型的一個(gè)根本性的修正方法，既能說(shuō)明原子的穩(wěn)定性，又可以計(jì)算原子的半徑。

他就是與愛(ài)因斯坦齊名的尼爾斯.玻爾。 1885年，瑞士的一位數(shù)學(xué)教師巴爾末發(fā)現(xiàn)了氫原子可見(jiàn)光譜的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，后由瑞典物理學(xué)家里德伯推廣為里德伯公式。

1900年，德國(guó)物理學(xué)家普朗克提出了能量量子化的概念，解釋了黑體輻射譜。1905年，愛(ài)因斯坦提出了光量子概念。

這些結(jié)論給玻爾很大的啟發(fā)。在這些啟示下，玻爾于1913年將量子化的概念用到原子模型中，提出了玻爾的氫原子模型。

這一模型的關(guān)鍵是玻爾引入的三個(gè)假設(shè)。定態(tài)假設(shè)：電子只能在一些分立的軌道上運(yùn)動(dòng)，而且不會(huì)輻射電磁波。

頻率條件假設(shè)：能級(jí)差與原子吸收（或放出）的光子能量相同。角動(dòng)量量子化假設(shè)：電子的角動(dòng)量是約花普朗克常數(shù)的整數(shù)倍。

通過(guò)一系列推導(dǎo)，氫光譜之謎逐漸浮出水面，取得了巨大成功。玻爾因此榮獲1922年諾貝爾獎(jiǎng)。

盡管玻爾模型現(xiàn)在看來(lái)是比較粗糙的，但它的意義并不在于模型本身，而在于建立模型時(shí)引入的概念：定態(tài)、能級(jí)、躍遷等。玻爾引入了對(duì)應(yīng)原理，協(xié)調(diào)了氫原子模型與經(jīng)典力學(xué)間的沖突。

玻爾成功后，拒絕了導(dǎo)師盧瑟福的邀請(qǐng)，回到祖國(guó)，并在哥本哈根成立了研究所（后改名為玻爾研究所），玻爾研究所吸引了一大批來(lái)自世界各地的優(yōu)秀青年物理學(xué)家，其中就包括量子論的創(chuàng)始人海森伯、泡利和狄拉克，形成了濃郁的學(xué)術(shù)氣氛，此時(shí)的哥本哈根開(kāi)始了對(duì)基本物理規(guī)律的探索。 直到現(xiàn)在，物理學(xué)仍然大體可以分為兩派，一派是以愛(ài)因斯坦為代表的經(jīng)典物理學(xué)派，成員大致有普朗克、德布羅意、薛定鄂等；一派是以玻爾為首的哥本哈根學(xué)派，成員大致有波恩、海森伯、泡利、狄拉克等。

自然，這場(chǎng)爭(zhēng)論還沒(méi)有結(jié)果。那么即玻爾氫原子之后，物理學(xué)又發(fā)生了什么變化？?jī)晌豢茖W(xué)巨人爭(zhēng)論的焦點(diǎn)又是什么？。