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原子的椭圆轨道模型

可能是汤姆逊比较爱吃嵌入葡萄干蛋糕,所以把原子模型以蛋糕作比。但是肯定有这样的吃货,他们只吃蛋糕里的葡萄干,那么当原子里最后一个葡萄干被吭完时,剩下的是什么样子的呢?汤姆逊的一个外国学生给出了更精彩的答案,这个学生叫——欧内斯特·卢瑟福。

卢瑟福1871年生于遥远的新西兰,父亲是一名工人,家庭条件一般,但是不妨碍他个中翘楚,于是优秀地度过了小学、中学、大学,又以优秀的成绩获得了剑桥大学的奖学金。据说他收到剑桥大学的录取通知书时,他还在挖土豆,他高兴的对一个土豆说道:“你是我挖的最后一个土豆。”24岁的卢瑟福成为汤姆逊的学生,毕业后,在汤姆逊的推荐下,去加拿大任教。9年后,重新返回英国。此后一直在英国工作直至病逝。

1908年,卢瑟福因研究元素的半衰期(Half-Life,也有半条命的意思)获得的诺贝尔化学奖。当获奖通知下达的时候,卢瑟福有些蒙圈,他一直以为他在研究物理学。所以他调侃道:“我竟摇身一变,成为一位化学家了。”并称“这是我一生中绝妙的一次玩笑”,幸好,诺贝尔每年的奖金都是均分的,要是化学奖的奖金比物理学奖的低,卢瑟福就亏大发了,不过从以后发展来看,卢瑟福研究的确实是物理。

1911年,卢瑟福带领着徒弟们做实验,这个实验被称为“物理学上最美实验之一”。他用穿透力极强的α粒子轰击金箔片,发现一实验用准直的α射线轰击厚度为微米的金箔,发现绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔,偏转很小,但有少数α粒子发生角度比汤姆逊模型所预言的大得多的偏转,这显然是汤姆逊的蛋糕模型所不能解释的。

①一小部分α粒子改变了原来的运动方向,由于同性相斥,α粒子带正电,原子核也带正电荷;

②大多数α粒子能穿透金箔而不改变原来的运动方向,说明没有碰到质量大的物质,即原子内部有很大空间;

③有极少数α粒子被弹了回来.说明碰到了比它质量大得多的物质,即原子核质量很大;

故答案为:

①原子核带正电,α粒子途经金原子核附近时,受到斥力而改变了运动方向.

②原子核很小,原子内部有很大空间.

③金原子核质量比α粒子大很多,当α粒子碰到金原子核被弹了回来.

于是他提出自己的原子模型:

原子的内部应该像我们的太阳系一样,有个太阳(原子核),然后有一群绕着太阳转动的行星(电子)。原子核由质子组成,且带正电。一个稳定的原子,质子数和电子数相等,所以对外是显示不带电。这种模型被称为“行星模型”。

除了实验中一系列眼花缭乱的操作外,得出的结论也是唯美的。如果上帝创造了宇宙,那么肯定不会厚此薄彼,即便宏大如星系,微小若原子。

这个图几乎成为了近代科学的符号,所以经常出现在书籍封面中,甚至上世纪90年电视台的Logo就以此为蓝本绘制的。就图形来说确实好看,但是很不中用。与太阳系模型相比,二者有本质上的区别,那就是地球不带电。在星系中,太阳对地球的引力可以充当地球圆周运动的向心力,虽然原子核对电子的库仑力(磁引力)也可以充当电子圆周运动的向心力,但是根据麦克斯韦的电磁理论,速度变化的电子会产生电磁波,要向外辐射能量。当电子的内部能量会越来越小,电子会越来越靠近原子核,最终会坍缩到原子核上。实际上,电子坍缩的时间比读完以上这句话的时间小多了。显然这个模型也不是成功的,至少还欠缺了点什么。

现在回想一下原子模型,卢瑟福推翻了老师汤姆逊的模型,卢瑟福的模型又被他的学生改进。正是:长江后浪推前浪,前浪死在沙滩上。

但是和蔼可亲的卢瑟福肯定是不会在意的,桃李不言,下自成蹊,连同自己带上学生,他们一共获得了一打诺贝尔奖(1打=12个),其中就包括对卢瑟福模型改进的尼尔斯·玻尔。而玻尔获的诺贝尔奖感言中称卢瑟福是他的第二个父亲。

1937年,卢瑟福与世长辞,死后还发生了两件大事:

1.卢瑟福与牛顿、法拉第并排安葬大教堂里;

2.1982年,新西兰开始发行面值为100元的货币,货币的正面就是卢瑟福的头像。

以科学家作为货币的封面有很多,比如爱因斯坦、高斯、居里夫妇等等,这些才是民族的骄傲!

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