1番上の公式の右辺はクーロン力なんですが、 電荷が−eの時でも正になるのはなんでですか? −だったら向心力が働いてるからよくない？？って思っちゃって、、教えてくださいお願いします！

●水素原子 電子の粒子性 m 電子の波動性 (量子条件) r - kee 22 2πr=n. (ボーア半径) h rn=aon2 (n=1,2,3, mv h² do= 42km2 エネルギー: E=/12m+(-eki - mv² ) = — he² E = -b ke2 En E r 2r 光の放出 吸収 : hv=En-En 1 1 =R 12 電子の質量me=9.1×10-31kg 入 リュードベリ定数 Ral D- ①電子の軌道半径はとびとびの値となる。 ②エネルギーもとびとびの値となる。 ③光子のエネルギーは、軌道のエネルギー準位の差で E: 基底状態(エネルギー最低), n≧2 励起状態 ・放出する光は吸収もできる。 ● 原子 質量数

どうして、2枚目の解答に波線を引いたようにいえるのですか？

535 電子のエネルギー準位 公式を導く 水素原子では,電気量 +eの原子核を中 心に,質量m, 電気量 -e の電子が静電気力を受けて等速円運動する。 プランク定数 をh,真空中の光の速さをc, 真空中のクーロンの法則の比例定数をkoとする。 (1) 量子数がn (正の整数)のときの電子の速さを とする。 量子条件から、この 子の軌道半径rnを,m, vn, h, nを用いて表せ。 (2)電子のエネルギー Enを運動エネルギーと静電気力による位置エネルギー(基準 を無限遠にとる)の和として,m,e, ko, h, n を用いて表せ。 (3) エネルギー準位 Enの軌道にある電子がエネルギー準位 En(n>n')の軌道に移 るときに放出する光の波長を入とするとき 1/1をme, ko, c, h,n, n' を用 いて表せ。 (4) En を,n, h, c およびリュードベリ定数Rを用いて表せ。 以下の問いでは,h=6.63×10-34J-s,c=3.00×10°m/s, R=1.10×107/m, lev =1.60×10-19Jとする。 J's, c=3.00×10°m/s, R=1.10×10^/m, lev (5) 基底状態の電子のエネルギーは何eV か。 (6) 電子がある量子数 (n>3) の軌道から量子数n=3の軌道へ移るときに放出する 光の波長のうち, 最短波長 入min と最長波長 入max はそれぞれ何mか。 例題 125A)③

量子条件を考える際、波がなめらかにつながるようにしないといけない理由があまりよくわからないので教えてほしいです。

答え 364 第3部 原子 ③ 量子条件 量子条件とは、まず電子の波動性に注目する。 円軌道上に、前章で学ん だ電子のド・ブロイ波があると考える。 ド・ブロイの波長公式 : 入e= h mv 電子が円周に沿ってスムーズに進むためには、次の図のように波がなめ らかにつながっている必要があると考えよう! 円軌道上に6波長ある のがわかるよね! + 波がなめらかにつながるためには、上図のように円周上に入。が自然数 このことを式で表したのが 個収まればよい。 上図の場合は6波長だ! 量子条件だ。 -)=U 量子条件: 2πr=nle(n=1、2、 3......) 上式のnは自然数なのだが、 物理では量子数って呼ぶ。 h ド・ブロイの波長公式: he = を上式に代入する。 mv h .3 2лr=n mv ●の円運動の運動方程式と3の量子条件は、半径と速さの連立方程 弐になってるよね。 そこで、この2式から電子の速さ”を消去して、 軌道半径rを計算する。

（3）はどうしてこのような式になるのでしょうか？

出題パターン 91 原子モデル そのまま 出る! ボーアの水素原子模型では,+e の電気量を持つ陽子のまわりに - の 電気量を持つ質量m の電子が,半径の円軌道上を速さで運動している ものと考える。 プランク定数をん, 真空中での光速をc, クーロン力の比例 定数をとする。 (2) 電子の運動エネルギーと電気力による位置エネルギーの和をke. (1) 電子に働く遠心力と電気力のつりあいの式を書け。 r を用いて表せ。ただし、電気力による位置エネルギーは無限遠を基準とす る。 (3)量子数をn= 1, 2, 3, …として、電子が安定な軌道を運動し続けるた めの条件を mvr, h, n を用いて表せ。 (4)安定な軌道半径rame, h,k, n を用いて表せ。 (5)エネルギー準位Enをme, h,k,n を用いて表せ。 解答のポイント! た 原子核のまわりを回る電子は粒子性と波動性の両方を持っているので,まずは 粒子として,次に波動として安定に存在できる条件を求める。 本間は試験にその まま出るので,何も見ずに と Em を導けるようにしよう。 【解法 (1) まず図 26-12 のように, 電子を陽 電位は向き× 土 子のまわりを円運動している粒子と 回る人 みなす。回る人から見た力のつりあte いの式より, クーロン力 m²² = ke² ... ①© r (2)電子の持つ力学的エネルギーE 図26-12 は運動エネルギーと電気力による位 置エネルギーの和であり, E=123mo -mv² + (-e)) 運動エネルギー 位置エネルギー この式に① ② (図 26-12 参照) を代入して 1 ke ke ke² E= = +(-e)· 2r 2 r r 遠心力 02 r ④がの位置 につくる電位は y=ke... STACE 36 と 291

問4 カについて、ドップラー効果の考え方で波長を考えているようなのですが、よくわかりません。 音源側とか観測者側（？）みたいな関係があるのだとは思いますが、どうやって考えるんですか？

図2のように、水素ガスを封入した放電管に高電圧を加えると,水素ガスから特有 の光が発せられる。発生した光をプリズム分光器に入射して、 CCDカメラで撮像した。 4.0 高電圧 水素 ガス 放電管 ( プリズム分光器 図 2 図 3 - 22- 0 CCDカメラ 問3 次の文章中の空欄 オに入れる式と語の組合せとして最も 一適当なものを 次ページの①〜⑧のうちから一つ選べ。 28 7.0 波長 〔×10-7m] プリズム分光器により分光した光をCCDカメラにて撮像すると, 図3のように 可視光領域のいくつかの波長に輝線(線スペクトル) がみられた。これらの波長には 規則性がある。 ボーアは量子条件と振動数条件を提唱し,この規則性を説明した。 電子がもつことができるエネルギー (運動エネルギーと無限遠を基準とした静電気 力による位置エネルギーの和) En は,リュードベリ定数を Roo, 光速をc, プラン ク定数をんとして,正の整数n を用いると, En =-- Roch のようにとびとびの値 として表される。 水素原子内で電子がエネルギーの高い軌道から低い軌道に移ると 2 n² き, その差のエネルギーを1個の光子として放出する。 この光の波長をすると 光子のエネルギーeは,e= ウ と表される。このことから, 放出される光の波 長のうち最も短いものは I と求められる。 この電磁波の種類はオ である。 P = hv ① 3 (4) (5) 6 ⑦ 8 ウ h λ h 2 h 入 カ キ h 入 hc 入 hc 入 hc X hc 問4 次の文章中の空欄 I ① 短く 狭く Roo RO ② 短く 広く 1 R 1 RO Roo Roo 1 RO ものを、後の①~④のうちから一つ選べ。 1 RO 29 オ 3 長く 狭く - 23- 紫外線 X線 物理 紫外線 X線 キ に入れる語の組合せとして最も適当な 紫外線 水素原子がプリズム分光器に近づいているときに発光した場合を考える。 水素 原子の速さが光の速さに比べ十分に小さいため、音のドップラー効果と同様に 考えると, 光子の波長はボーアの理論で求められる波長より カ なると考え られる。 放電管内の水素ガスは, 熱運動により様々な速度で動くため、実際には 輝線に波長の幅が見られる。 この幅は水素ガスの温度が高いほどキなる。 de X線 紫外線 X線 4 長く 広く

ボーアの量子条件について 量子数nになると半径は -ε^2h^2/πme^2 になるのはなぜですか？

ボーアの量子条件 　mvr=nh/2π はどのようにして導かれたのですか？

(4)の④式が理解出来ません。運動エネルギーの式は分かるのですがその後ろの式が習った記憶がないのですが…

ボーアの水素原子模型のテーマ ボーアの水素原子機型 量子条件,振動数条件 * 放出スペクトル イオン化エネルギー 187 3. 原子と勝 397. 吸収。 (1) 電子の運動方程式 m 0… 定常状態では、電子は通常の力学 側にしたがって運動するものとす (2) 量子条件 る。 h 2元r=n mu …2 「円軌道の円周が、 電子にともなう 物質液の激長の自然数()倍になっ ている場合にのみ、電子は原子内に 存在できる」という条件。 (3) のより nh 2元mr これを①に代入 koe? m |22= 4元m 電子にともなう 物質液 電子の円軌道 r= 答 4元'k,me この式から,電子の軌道半径rは、 量子数nで定まるとびとびの値しか 許されないことがわかる。 また、 こ の式にh, k,, m, eの値を代入する (4) 電子の全エネルギーEは, 運動エネ ルギーと静電気力による位置エネルギー と, n=1のときヶ=53×10-"mと なり,これが安定な水素原子の半径 で、ボーア半径といわれる。 の和だから 1 E= 2 -mo-k ここで,の式の両辺を一倍すると 2 1 -mv'- 2r 三 2 の となり,これを④に代入して

（6）のところなのですが、解答の赤部分がわりません.. なぜエネルギー準位に電気素量をかけているのですか？エネルギー準位のみじゃだめなのですか？

140 ボーアの水素原子模型では, +eの電荷をもつ原子核のまわりに-e の電荷をもつ質量mの電子が,半径rの円軌道上を速さvで運動して いる。プランク定数をん,クーロン定数をんとする。 (1) 電子の円運動について成りたつ関係式を示せ。 クーロンカによる位置エネルギーの基準点を無限遠として, 電子の もつ全エネルギーEをk, e, rを用いて表せ (3)量子数をn(%3D1, 2, 3) として, 電子が安定な円軌道を描き続ける ための, 波長に関する条件(量子条件) をm, u, r, h, nを用いて表 せ。 (4)量子数nの安定な軌道半径r,を, m, e, h, k, n を用いて表せ。 (5)量子数nのエネルギー準位E,を, m, e, h, k, n を用いて表せ。 6 量子数 n=D1のエネルギー準位は-13.6 [eVとなることを用いて, n=3からn=2の状態に移るときに放射される光の波長 [m] を有効 数字2桁で求めよ。ん=6.63×10-“[J·s], 電気素量e=1.60×10-1°[C], 光速c=3.00×10° [m/s] とする。 (千葉大)

ドブロイ波長についてなんですが 波長の整数倍nと量子数nが一致する理由ってありますか？

標準問題 子の速さを1,真空のクーロンの法則の比例定数を ko とすると, 軌道半径rはe, m, ko, v との間にはたらく静電気力を向心力として, 等速円運動をしていると考える。このときの電 を用いてア=ア] と表せる。 軌道の周の長さ 2πrは, 量子条件より, 正の整数(量子数) 20原 124 A) 必147.〈水素原子モデル〉 次の文中の「ア]から「カに適切な数式や数値を入れよ。 ボーアは水素原子の構造に関する次のようなモデルを提唱した。 n, プランク定数hおよびm, uを用いて, 2πr=_イ」と表せる。この式は,ド·プロイに よって物質波の考えが導入されて以降,「2πrが定常状態の電子の波長(ド· プロイ波長)の 整数倍である」と考えられるようになった。これらの関係から, 量子数nの定常状態の軌道 半径r,はe, m, ko, h, n, π を用いて, グカ=ウ」と表すことができる。n番目の定常状 態にある軌道上の電子の全エネルギー Enは, 電子の運動エネルギーと,静電気力による位 置エネルギー(無限遠を基準とする)の和より, e, m, ko, h, n, π を用いて, En=エ と表される。このように, ボーアは水素原子の中で定常状態にある電子は,とびとびのエネ ルギー準位をもつという仮説をたてた。 ボーアの水素原子モデルにおいて, 電子が n=1 の定常状態にあるときを基底状態, n>2 の定常状態にあるときを励起状態という。量子数nの励起状態にある電子は,きわめて短い 時間で量子数n'("'<n)の状態に移り,その差のエネルギーを光子として放出する。このと き,放出される光子の波長入は振動数条件から, 真空中の光の速さcおよび e, m, ko, h, n, n', π を用いて, ー%=Dオ]と表される。 水素原子の示す線スペクトルの観測結果から得られた輝線の波長入は,リュードベリ定数 Rを用いてー=Rー)の規則性をもつことが示されていた。 ボーアの水素原子モデ ルによるリュードベリ定数の計算結果は, すでに知られていたリュードベリ定数の値と高い 精度で一致し,水素原子のスペクトルを理論的に説明することに成功した。リュードベリ定 数 R=1.1×10'/m とすると, 水素原子の線スペクトルのうち, 可視光線領域 (3.8~7.8×10-7m)の輝線群の2番目に長い波長は, 有効数字2桁でカ 1 1 2 n Im と計算できる。 [20 九州工大 改]