1913年,玻爾建立氫原子模型時(shí),仍然把電子的運(yùn)動(dòng)看作經(jīng)典力學(xué)描述下的軌道運(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為,氫原子中的電子在庫(kù)侖力的作用下,繞原子核做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。已知電子質(zhì)量為m,電荷量為-e,靜電力常量為k,氫原子處于基態(tài)時(shí)電子的軌道半徑為r1。不考慮相對(duì)論效應(yīng)。
(1)氫原子處于基態(tài)時(shí),電子繞原子核運(yùn)動(dòng),求電子的動(dòng)能。
(2)氫原子的能量等于電子繞原子核運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、電子與原子核系統(tǒng)的電勢(shì)能的總和。已知當(dāng)取無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零時(shí),點(diǎn)電荷電場(chǎng)中距場(chǎng)源電荷Q為r處的各點(diǎn)的電勢(shì)φ=kQr。求:處于基態(tài)的氫原子的能量。
(3)許多情況下光是由原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的,因此光譜研究是探索原子結(jié)構(gòu)的一條重要途徑。利用氫氣放電管可獲得氫原子光譜。1885年,巴爾末對(duì)當(dāng)時(shí)已知的在可見(jiàn)光區(qū)的四條譜線做了分析,發(fā)現(xiàn)這些譜線的波長(zhǎng)能夠用巴爾末公式表示,寫(xiě)做1λ=R(122-1n2),n=3,4,5…,式中R叫做里德伯常量。玻爾回憶說(shuō):“當(dāng)我看到巴爾末公式時(shí),我立刻感到一切都明白了?!备鶕?jù)玻爾理論可知,氫原子的基態(tài)能量為E1,激發(fā)態(tài)能量為En=E1n2,其中n=2,3,4…。用h表示普朗克常量,c表示真空中的光速,請(qǐng)根據(jù)玻爾理論推導(dǎo)里德伯常量R。
Q
r
1
λ
=
R
(
1
2
2
-
1
n
2
)
E
1
n
2
【答案】見(jiàn)試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
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