投稿者: QCプラネッツ

①光子のエネルギ、運動量の公式が導出できる

②ボーアの水素原子モデル

詳細は
問題集 06-08 【1】
にあります。

ボーアが水素原子モデルを考案

1. 電子が原子核の周囲を運動すること
2. 電子は電子殻というランク分けした軌道があること
3. 原子核は原子よりはるかに小さく、原子空間はスカスカであること
4. 原子核には陽子と中性子があること

下図のような
ボーアの水素原子モデル
(水素をモデルにした理由は、最もシンプルだから)
が提唱される

電子と原子核間にかかるクーロン力と
向心力が
つり合い、
電子が原子核の周囲を等速に円運動していることが
容易に理解できます。

ボーアの水素原子モデルの致命的な欠点

詳細は問題集で解説します。

確かに、ボーアの水素原子モデルが最もらしいが
物理的説明がうまくできない！

そこで、電子には「粒子性」と「波動性」がある仮説をモデルに導入することなった

電子の「粒子性」のみで説明すると、
ボーアの水素原子モデルは破綻する。
だから、「波動性」も持つことで、
論理の破綻を防いだ。
–
実際、結果的に実証されたので、
結果オーライですけど。。。

詳細は問題集で解説します。

③電子軌道半径、電子エネルギー、電子殻に\(2n^2\)個の電子が入る理由がわかる

電子軌道半径、電子エネルギーを導出

(0)「粒子性」と「波動性」の二面性
(1) 運動方程式： \(m\frac{v^2}{r}\)=\(K\frac{e^2}{r}\)
(2) 運動量保存則： \(mv=\frac{h}{λ}\)
(3) エネルギー式： E=\(\frac{1}{2}mv^2-K\frac{e^2}{r}\)

1. 電子軌道半径r(n)
2. 電子エネルギーE(n) (n:自然数)

詳細は問題集で解説します。

電子軌道半径、電子エネルギーの式からわかること

1. 電子軌道半径r(n), 電子エネルギーE(n)
   は自然数nの変数となること
2. 自然数nの関数ということは、
   半径やエネルギは
   連続値(粒子性の特徴)ではなく、
   離散値(波動性の特徴)であること
3. 電子軌道半径r(n)の項から、電子殻に入る電子数が\(2n^2\)と見えること

詳細は問題集で解説します。

目に見えない原子・電子の構造や特徴がさらにわかりました！

④高校物理「原子物理」次のお話を紹介！

質量とエネルギーの等価性
(特殊相対性理論)
\(E=mc^2\)
の導出です。

1. 高校物理は核分裂の話があり、\(E=mc^2\)が必須である。しかし、この式の導出を丁寧に解説した高校教科書がないため、解説しておく必要があること
2. 光はエネルギーがあるのはわかる。一方、エネルギーをもつものは運動量や質量をもつはず。しかし、古典物理では質量ゼロの光に運動量やエネルギをもつことが説明できなかった。電磁場には質量がなくても、エネルギーをもつ場は質量のようにふるまうのではないか？という仮説が出てきたこと。

1. 光速の計測
2. エーテル存在の否定と光速不変の原則への導出
3. 相対性理論の入り口
4. 質量とエネルギーの等価性\(E=mc^2\)の導出

⑤【商品】「高校物理問題集」のご紹介

「高校物理問題集」

是非ご購入いただき、一緒に学びましょう

まとめ

• ①光子のエネルギ、運動量の公式が導出できる
• ②ボーアの水素原子モデル
• ③電子軌道半径、電子エネルギー、電子殻に\(2n^2\)個の電子が入る理由がわかる
• ④高校物理「原子物理」次のお話を紹介！
• ⑤【商品】「高校物理問題集」のご紹介