对原子物理中几个关键问题的释疑

 在中学阶段中,我论文联盟http://Www.LWlm.CoM们对“原子物理”部分的教学要求较低,多数内容只是要求学生了解而已.但是,学生在学习时由于强烈的求知欲与好奇心,总会进一步提出一些“为什么”.下面,笔者就对这部分的一些关键问题作一归纳总结.
　　 1.原子的能量为什么是负的
　　 在学习完氢原子的能级图以后,许多学生对能级图上标明的各能级能量均为负值无法理解.究其原因,在于这些学生对氢原子的能量应包括电子的动能及原子的势能两部分并不十分清楚。
　　 我们知道,虽然电子动能是正的,但由于氢原子核带正电,核电荷所产生的电场中各点电势为正,电子带负电,根据电势能ε=eu可知,核与电子共有的势能是负的.又根据玻尔氢原子模型理论,电子绕核做匀速圆周运动的库仑力是向心力,即k■=■.
　　 ∴Ekn=■mv2=■■①
　　 而氢原子核又可以看成是一个静止的点电荷,且对该点电荷电势零点的选取是人为的,一般将距其无穷远处定为零,从而在距它rn处的电势可写成u=k■,则电子在半径为rn的可能轨道上运动的电势能为:
　　Epn=-eUn=-■ ②
　　综合①②式得En=Epn+Ekn=-■,因此原子的能量应该是负的.
　　 2.原子从高能级跃迁到低能级可能辐射的最多光谱线条数的确定
　　 对于原子跃迁可能辐射的最多光谱线条数的问题,最容易出错的就是把一个原子的跃迁与一群原子的跃迁混为一谈.如一个氢原子从n=3能级跃迁到n=1能级时最多能产生两种频率的光子.因为只有这个氢原子一级一级地跃迁,产生的不同光子频率才是最多的,而且是先后产生的.(如图1)
　　 但若是一群原子从n=3能级跃到n=1能级时,能产生的最多光谱线条数是3条.因为有的原子是一级一级地跃迁,而另一些原子则可一次从n=3能级跃迁到n=1能级.(如图2)
　　 3. β衰变中的电子是怎样产生的
　　 发生β衰变时,从原子核内射出电子,有的学生会错误地认为原子核本来就存在电子.但实际上原子核内只有质子和中子,没有电子,β衰变

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