核外电子运动为什么不能准确测定(核外电子运动没有固定轨道但有经常出现的区域)

导语：讲义10：不确定关系，核外运动电子为何不辐射能量，落到原子核上

1、卢瑟福行星模型的困难 - 原子的稳定性。

电子是构成原子的一部分，被发现并证实以后，关于原子内部的结构图像模型，在二十世纪初，成了物理学研究的一个热点。物质通常是电中性的，发现物质中有带负电的电子,足见原子中还有带正电的部分；

英国物理学家卢瑟福(1871~1937)，通过α粒子为物质所散射的研究，无可辩驳的论证了原子的核模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被誉为原子物理学之父。于1908年获诺贝尔化学奖。

卢瑟福核式结构模型 “行星”模型: 原子中心有一个极小的原子核，它集中了全部正电荷和几乎所有的质量，所有电子都分布在它的周围。这种情况类似于“行星”，所以这种模型也称为”行星”模型。

重要意义是提出了原子的核式结构，即提出了以核为中心的概念 ，从而将原子分为核外与核内两个部分。

然而行星模型无法解释原子的稳定性—按经典理论，带电粒子在做加速运动时都要以发射电磁波的形式释放能量，这样电子绕核运行也会不断发射电磁波释放能量，以致于电子能量不断降低，运行轨道半径减小，以螺旋形的运动快速跌落到原子核上。正负电子中和，原子崩溃。然而事实上没有原子崩塌，原子非常稳定，世界依然美好。

此时，卢瑟福的行星模型无法解释原子的稳定性。

2. 玻尔提出原子的量子态

卢瑟福的学生玻尔提出了定态的假设，他认为，氢原子中的一个电子绕原子核作圆周运动(经典轨道)，服从一个硬性的规定：电子只能处于一些分立的轨道上，它只能在这些轨道上绕核转动，且不产生电磁辐射。这就是玻尔的定态条件。

这里的硬性规定能否成立，主要看实验现象与理论是否一致。玻尔理论完美解释了氢原子光谱和类氢光谱，证实了假设的成立。

3、电子的波粒二象性和不确定原理

德布罗意提出物质波理论，也就是物质具有波粒二象性后，人们通过实验首先证实了电子具有波动性。

随后海森堡提出了不确定公式，也就是粒子的动量与位置这两个变量的乘积大于某个常数。

两个不确定关系意思即，如果一个量完全确定，另一个量就完全不确定量的。事实上因为波粒二象性，使得粒子在客观上不能同时具有确定的坐标和动量。

4、用不确定关系很容易证明电子不能落入核内。

海森伯

玻尔的原子理论不能解释作加速运动的电子，为什么不辐射能量而落入核内。海森堡的不确定关系对此作了回答。

随着电子离核越来越近，即r越来越小，它将从原子的线度（0.1nm）过渡到原子核的线度（1fm）。依照不确定关系，电子的动量将越来越不确定，r越来越小,电子的平均动能将越来越大。例如，电子的运动范围r从0.1nm到3fm时，它的平均动能约从10 eV量级增大到1 GeV量级。

事实上，电子根本不可能有这么大的能量，因此电子完全没有可能靠近原子核，更别谈掉入原子核内了，原子核里只有中子和质子的存在。

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