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原子物理学外传

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原子结构外传;纯属胡编搞笑篇。

结构模型的发展:不可分割-可分割-枣糕模型-行星模型(卢瑟福核式结构)-间断的行星模型(波尔能级模型)

原子是人类认为不可分割的最小微粒,是不是这样呢?

要从一个较有争议的实验说起。

在超高压电场下,金属会激发出一种物质,这种物质撞击到投影屏上我们可以用肉眼看到“光”(想一下很久远的显像管电视机)。

那么这种物质是不是就是光呢?

与东方开会的一片和谐大不同,西方的科学家们一开会就彼此互相骂娘坑爹,谁都没有进一步的做实验和研究,就开始往对方脸上吐口水。

不知道这些人到底是怎么混上科研岗的。

一个并不知名的小弟,汤姆生没有和他们这帮理论家费口舌争辩,一个人悄悄的做了实验(真空实验在当时有一定的技术性),实验很简单,那就是:

在这种物质飞行经过的区域增加了一个与速度方向垂直的电场;好吧,我承认这是连普通高中生都能想出来的实验。可惜的是,当时那些骂娘的人都在忙着扯淡。(要是有时光超穿梭机的话,哪轮的上汤姆生。)

汤姆生发现这种物质是带电的(负电)的,因为光并不带电,结论是:这种物质不是光。

还没完,一个小角色之所以能够成为伟大的任务,关键就在于能在关键问题上坚持那么一小下。就像在关键的高考中多拿几分上了个好一本一样。

汤姆生没有停下来,而是继续做了研究,他发现m/q=恒量;那么,这就是一种特殊的物质了(具有自己的属性)。

这种物质现在我们称之为电子(e),我也不知是谁给他命名的。

好,我们就有一个结论,金属中含有电子;从微观上来说,构成金属的原子中有带负电的电子。

那么除了带负电的电子呢?原子中,必然还有带正电的物质。

基于此,汤姆生提出了原子枣糕模型

好吧,就这样,汤姆生发达了。

做为汤姆生的学生,卢瑟福初期对枣糕模型深信不疑。

为了传承老师的衣钵在大学里当个老师混口饭吃,他不得已开始做点实验探究原子内部规律。

一个人要中彩票,遍地的狗屎都挡不住他。

他做了α粒子流轰击金箔的散射实验,目的是证明自己老师的结论正确;实验结果竟然证实汤姆生的枣糕模型出了问题。

作为一个混日子的学生,这段时间到底干了点什么事儿,还是要给领导汇报。在汇报自己实验结果时,卢瑟福险些被炒了鱿鱼。

汤姆生没有炒他鱿鱼、赶他去打扫厕所的原因是:这个实验的设计还是很巧妙的。他刚开始认为是测量的实验数据有误,于是让卢瑟福从新做实验。

浪费了好几块金箔之后(老汤的钱啊!),卢瑟福还是发现有部分粒子α大角度偏转和反弹

这下没办法混了,被逼上绝境了。卢瑟福开始反思老师是不是错了。他开始思考他的核式模型。

因为只有质量(惯性)和电荷量(库仑力)集中在一起,才能把α粒子“推开”。

那么这个所谓的“核”到底有多大呢?浪费了那么多的金箔,好歹得出个数据发个文章什么的。他通过实验数据分析,估计出了原子核的数量级是10的-15次方;只有原子大小的十万分之一。

基于阿尔法粒子散射实验,卢瑟福建立起了原子的核式结构学说,也叫做行星模型(电子围绕原子核的圆周运动)。

汤姆生在知道卢瑟福拿着自己的金箔做了他的实验后,发表了他自己的论文,必然是大发雷霆的,不过这已经于事无补。

西方人用现实给我们解释了一个东方的道理:长江后浪推前浪,前浪死在沙滩上。

原子能量研究开始

迄今为止,人类已经发射了很多卫星。从天体运动所学内容可知,我们可以发射各种轨道的卫星(GMm/R^2=mv*v/R),(咱们国家都已经能将卫星发射到月球了)。

如果,电子围绕原子核的圆周运动与卫星围绕地球的圆周运动是完全一样的(库仑力近似于万有引力),那么任意的一个原子,它的电子所处的轨道半径,以及所具有的能量都应该是连续的。

波尔原子模型

 

换句话来说,就是有能量可能是1,也有可能是1.1、1.2,当然也有可能是2.5;即,能量可以取你想到的任意值。(因为能量是与轨道半径相关,你可以看一下天体的知识。)

可问题是,课本上第三节说到了(实验结论),氢原子的能量是间断的。

我们的科学家们做了大量的观测实验,发现氢原子有-13.6ev的能量,可是从来都没有发现过-13.5ev的能量,也没有-13.4ev的能量。事实说话了:卢瑟福行星模型也是不完善的。

刚刚获得留校任教的卢瑟福很是郁闷,险些又被炒了鱿鱼。他的命如此的好,这次救他命的这个人叫玻尔。

玻尔在这个时候站了出来,说,电子圆周运动与卫星圆周运动大部分情况下是一样的,只不过它的轨道是死的,只能是规定的轨道。初次之外,都一样。

少年,总得有个公式或数据来说明你的道理啊?你看看人家汤姆生和卢瑟福!

在一片批评声中,有点结巴的玻尔在黑板上写出了hv=E2-E1;好吧,这个世界清静了。(文/王尚)

(原子物理学发展到此结束,小说内容虚构,结论属实。)

参考文献:物理学原子物理发展简史

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