高校物理で最後の山場とも言える
【原子】
学校によっては授業のスピードが
受験に間に合わない為
『原子は捨てざるを得ない』
『原子は軽く触れるだけにしよう』
なんて受験生はいませんか？
ちょっと待って！！
物理を入試科目で使うのであれば、
そのような状況で入試には向かわないでください！
なぜなら、
力学・波動・電磁気の超基礎的な知識さえあれば
原子は物理の問題の中でも特に
高得点を狙う事ができるからです！
「力学・波動・電磁気が全く…」
という方はまずは以下の記事を読んでください！
物理が苦手な人は根本から間違っている！絶対に守って欲しい物理の掟
上の記事は、物理で満点を取り続けた人の考え方で
これを真似するだけで物理が苦手だった人でも
高得点を取れるようになった方法が書いてあります！
ではここから、
【10分で伸びる高校物理の原子】
を始めましょう！
試験直前の確認でかなり期待できる原子分野
高校物理の原子は以下の２つの公式と、
導出の流れを覚えとくだけで戦えます！
原子分野の２つの公式
大学入試の原子分野で覚えておく公式は
『E=hν』
『h=pλ』
E:エネルギー
h:プランク定数
ν:光の振動数
p:運動量(mv)
λ:波長
原子分野で初めて見る文字は
h,ν,R(リュードベリ定数)ですね。
これらの公式はどういう意味なのか？
軽く説明します。
『E=hν』
光のエネルギーは、光の振動数に比例する。
その比例定数が「h:プランク定数」
『h=pλ』
二重性と呼ばれる根幹の公式です。
粒子には『物質』と『波動』両方の性質があります。
物質の性質であるp(運動量)
波動の性質であるλ(波長)
この二つを掛け算すると定数hになる。
原子というミクロな世界では、
物質と波動が混在しているという
面白い事象ですね！！
(化学の超臨界状態のような魅力を感じますね笑)
導出の流れとは！？
先ほどの二つの公式と、
力学・波動・電磁気の知識を駆使すれば、
原子分野は丸ごと点数を取れるでしょう！！
熱力学の気体分子運動論のように、
導出の流れを丸暗記してもらいたのが
【水素原子モデル】
その他は、軽く流れを見ておけばOKです！
丸暗記必須⁉︎水素原子モデル
ここでは『力学・電磁気・波動』
そして『原子の量子条件』を総動員します！
※量子条件とは
『h=pλ(=mv・λ)』
波動と物質の性質を保つため、
原子核を電子が何周しても同じ軌道を取る
→円周の長さは波長λの整数倍にならなければならない。
水素原子モデルの流れ[これだけ覚える]
【前半部分】
陽子(原子核)の周り(半径r)を電子が速度vで回っている。
円運動の運動方程式を立てる…①
『量子条件』から、円周の長さは波長の整数(n)倍である事を
物質波の公式を使って立式…②
①②の式をvが消えるように連立して、rについて整理する。
すると、整数n以外は全て定数であることから、
電子軌道の半径rは決まった値しか取れないことがわかる。
【後半部分】
次に力学的エネルギーについて考える。
前半部分で出したrを最後に代入。
すると前半部分と同じように整数n以外は全て定数であり、
電子のエネルギーは決まった値しか取れない。
この後に続く問題とは…
電子軌道の半径が決まった値しかとらない事がわかり、
そこからエネルギーも決まった値しかとらない事が分かりました。
では、
エネルギーが高いn'番目の軌道から
エネルギーの低いn番目の軌道に
電子が移動したらどうなるのか？
先ほど求めたエネルギーにn'とnを代入し、
差を求めます。
その差分のエネルギーは光子を一つ放出して使われます。
そこで使われるのが一つ目に紹介した公式
『E＝hν』
エネルギーの差分もn'とnに寄って決まっているので
上記公式に当てはめた時にν(波長)も決まった値しかとらない。
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