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《横空出世》:核物理与原子弹的诞生 《横空出世:核物理和原子弹的出世》这本书真的是一部鸿篇巨著,两册厚厚的书,分量十足。这本书可是历史上仅有的三本包揽美国图书界三大图书奖的非虚构类图书之一,而且是唯一包揽这三大奖项的科普图书。电影《奥本海默》的重要参考资料之一就是这本书。这些荣誉让我在看书前就心存崇敬,边读边觉得是在读一部伟大的作品。 这本书详细讲述了原子弹诞生的故事,以及幕后推动这一里程碑式事件的巨大力量。主要人物包括利奥西拉德和尼尔斯波尔。西拉德是一位美籍匈牙利物理学家,他在1933年构想出了核电式反应,促成了曼哈顿计划,开启了人类的原子弹时代。波尔则获得了诺贝尔物理学奖,他综合了量子理论和爱因斯坦的光子理论,以及卢瑟福的原子模型,提出了一个新的原子模型——波尔理论。当然,他们不是独立工作的,其他优秀的科学家们共同努力,最终研究出核聚变,并将其用于武器。当他们看到原子弹的巨大威力时,感到恐慌和后怕。 《横空出世》虽然是科普书籍,却并不艰涩难懂,相反还很有故事性。文字优美深刻,简洁凝练,刻画出人物的真情实感,读的时候很容易被代入进去,体会到科学家们对科学孜孜不倦的追求,以及对核武器的未有定论的评判。一方面他们为科学上的突破兴奋,另一方面也为核武器带来的巨大伤害而悔恨不已。这些科学家之后都致力于核的和平使用,也正是因为原子弹的杀伤力,为世界带来了比较长久的和平,也是一种正面的促进。 我还没看完这本书,就被我家选科物理的大宝带走了。他喜欢物理和历史,一定是很想了解这段历史,了解原子弹诞生的细节。
高中化学基础:原子结构模型演变史슦成物质的微粒有原子、分子和离子。原子是化学变化中的最小微粒,分子由原子结合而成,原子得到或失去电子可形成离子。 人类对原子结构的认知经历了漫长的过程,主要模型如下: 道尔顿的实心球模型:原子被视为坚实不可再分的实心球体。 汤姆生的葡萄干面包模型(又称“枣糕模型”):原子由平均分布的正电荷粒子组成,其中镶嵌着许多电子,类似于面包中的葡萄干。 卢瑟福的行星模型:原子核位于中心带正电,电子在其周围围绕运转,类似于行星围绕太阳运转。 玻尔的轨道模型:电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速圆周运动。 现代量子力学的电子云模型:电子可能会出现在核外空间的任何位置,但出现的概率不同,核外电子出现的概率密度分布看起来像一片云雾,因此被称为“电子云”。 原子由原子核和核外电子(带1个负电荷)构成。原子核由质子(带1个正电荷)和中子(不带电)构成。原子整体为电中性,因此质子数等于核电荷数等于核外电子数(也等于元素周期表中的原子序数)。质子数决定了元素的种类(质子数相同,元素符号相同),而元素种类确定时,中子数决定了原子的种类(即同种元素的不同核素,它们互为同位素)。 原子的质量主要集中在原子核,质子和中子质量几乎一致,电子质量相对于其可忽略,所以原子质量≈原子核质量=质子质量+中子质量。将核内所有质子和中子的相对质量(质子和中子相对质量均为1)取近似整数值相加,所得的数值叫做质量数,即质量数(A)=质子数(Z)+中子数(N)。当你见到元素符号左上角和左下角有角标时,那就分别代表着质量数和质子数(核电荷数、原子序数)。 注意:质量数≠相对原子质量,相对原子质量有小数哦。
化学史上的重要事件和人物 化学的发展历程中,有许多关键事件和人物推动了科学的进步。以下是一些重要的里程碑: 英国化学家波义耳提出了元素的概念,标志着近代化学的诞生。 德国化学家施塔尔提出了“燃素说”。 法国化学家拉瓦锡提出了燃烧的“氧化说”,否定了“燃素说”。 英国化学家道尔顿提出了原子学说。 意大利物理学家阿伏加德罗建立了阿伏加德罗定律和分子学说。阿伏加德罗常数的值由约翰•约瑟夫•洛施密特测出。 俄国科学家门捷列夫根据原子量制作出第一张元素周期表。 德国化学家凯库勒提出了苯分子的环状结构。 荷兰化学家范特霍夫提出了碳价四面体学说。 英国物理学家汤姆森最早发现了电子,并提出了“葡萄干布丁”模型。 英国物理学家卢瑟福提出了“天体行星模型”。 丹麦物理学家玻尔在经典力学的基础上建立了玻尔模型。 奥地利物理学家薛定谔与爱因斯坦等人提出了薛定谔方程。 美国化学家鲍林提出了原子轨道杂化理论,解释了分子的成键原理和几何构型。 中国制碱专家侯德榜发明了联合制碱法。 屠呦呦发现了青蒿素。 这些事件和人物不仅推动了化学的发展,也为后来的科学研究奠定了基础。
原子结构与电子排布规律详解 原子结构 想象一下,如果你把一根木头不断细分,你会发现它永远分不完。其实,原子也是这样的,它们小到让人难以想象。让我们来探索一下原子的奥秘吧! 原子结构的化学史 英国化学家道尔顿(被称为原子学说的之父):原子是不可再分的实心球。 汤姆孙:使用空心阴极灯发现了电子,并测量出电子的质量(电子的质量很小);他认为原子中均匀分布着电子。 卢瑟福:通过𒒥퐨፥𐄥ꌥ现,原子的质量集中在原子中心带正电荷的核,而电子在核的周围沿着不同轨道运转。 波尔:研究氢原子光谱,发现电子在原子核外一系列稳定的轨道上运动。 现代学说:电子云模型,电子运动没有确定的轨道,只是以一定概率出现。 原子结构模型 按照波尔的理论模型,原子由原子核和核外电子组成。原子核带正电,由质子和中子组成(质子带正电,中子不带电)。核外电子带负电。 核电荷数 = 质子数 = 核外电子数 = 原子序数 电子质量很小,质子和中子质量相差不大,质子和中子的相对质量是1,定义质量数(类似于相对原子质量)。质量数(A)= 质子数(Z)+ 中子数(N)。 元素与同位素 元素:质子数(核电荷数)相同的一类原子的总称。 氕氘氚类比:质子数、中子数、质量数。 核素:具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。 同位素:质子数相同而中子数不同的同一元素的不同原子互称为同位素。同位素应用:放射性治疗、粒子加速器、考古(碳14的同位素示踪法)。 核外电子排布 核外电子排布规律: 能量规律:核外电子总是尽可能先排布在能量最低的电子层上,然后由内向外依次排布在能量较高的电子层上。 数量规律:①每层最多容纳2nⲤ𘪧;②最外层不超过8个电子(第一层为最外层时不超过2个);③次外层不超过18个电子。 复习原子结构示意图 K层为最外层时最多容纳2个电子;其余层为最外层时最多容纳8个电子。次外层最多容纳18个电子。第n层最多容纳2nⲯ个电子——引导学生推导公式。 通过这些知识,我们可以更好地理解原子的结构和电子的排布规律,为后续的学习打下坚实的基础。
《小粒子与大宇宙》物理知识点全解析 探索微观与宏观的奥秘,今天我们来一起深入了解初中物理中令人着迷的《小粒子与大宇宙》章节! 知识点概览 微观粒子:包括原子、分子、离子、电子、质子、中子等,了解它们的构成、结构和特性。 原子模型:从汤姆逊的“枣糕模型”到卢瑟福的“核式结构模型”,再到现代量子力学中的电子云模型。 宇宙结构:从太阳系到银河系,再到宇宙中的星系团和星系群,理解宇宙的浩瀚和复杂。 考点解析 高频考点: 原子结构:掌握原子的组成、电子的排列和能级。 粒子性质:了解粒子(如电子、质子、中子)的基本性质。 宇宙结构:认识太阳系、银河系和宇宙的基本结构。 低频考点: 粒子加速器:了解粒子加速器的原理和应用。 宇宙起源和演化:探索宇宙的起源、演化和未来。 㠦错考点 混淆原子和分子的概念:容易将原子和分子混为一谈,忽视它们之间的区别。 ᠨ🆦巧 针对“混淆原子和分子的概念”这一易错点,一个有趣的记忆方法是:想象一个“大房子”(分子)里住着很多“小人”(原子)。这样,你就能清晰地记住原子是构成分子的基本单位,而分子则是由原子组成的。 解题策略 理解概念:首先要明确各个概念的定义和内涵,避免混淆。 建立模型:通过构建物理模型(如原子模型)来帮助理解复杂的概念和现象。 运用类比:利用已知的事物或现象来类比未知的微观或宏观世界,加深理解。 标签
“首先,物理学的定义是什么?” 今天,普林斯顿大学举办了一个小规模庆祝会,祝贺本校荣休教授John Hopfield获得2024年诺贝尔物理学奖。 在Hopfield教授曾担任教职的分子生物系系主任,以及获奖领域直接相关的物理系系主任发言之后,主持人问出了那个大家都有点在意的问题:“您觉得您的研究如何契合‘物理’这一主题?” Hopfield教授用一个反问作为开场:“首先,物理学的定义是什么?”全场哄笑之后鼓掌。 接着,他给出了自己的答案:“我认为物理学就是研究一个系统如何运行。”因此,神经元组成的这个由很多个单位构成的系统,当然也可以是物理学的研究对象。 他还提到了同样是本校教授,也是1977年诺贝尔物理学奖得主的P.W.安德森那篇著名的论文《More is Different》,认为神经元网络和凝聚态物理学有可比之处。 安德森和凝聚态物理学 从古希腊的先哲们开始,人们就一直在孜孜不倦地询问着一个问题:“最基本的事物”是什么?德谟克里特设想了原子,道尔顿、卢瑟福、玻尔们提出了自己的原子核-电子模型,而高能对撞实验告诉我们原子核里的质子和中子都由夸克构成。 这背后其实隐含着一种思想,就是在了解了构成事物的基本单元之后,我们就可以层层推进,构建出任何事物的运行规律。这一被称为“还原论”的思想,使得人们独尊高能;凝聚态这种研究大量粒子构成体系,充满各种近似的学科,理论经常被认为是“体系太脏”、“不基本”、“都合主义”,实验则是“烧炉子”、“测电阻”、“玄学”。 1972年,安德森在《Science》上发表了《More is Different》,讨论了还原论的局限性和科学的层级,每一级都有自己运行的规律。不能简单套用数学的思考方式到物理,也不能简单套用化学的研究方法到生物……虽然文章提到了很多学科,但这篇文章经常被认为是凝聚态物理的“正名”之作。 那之后,凝聚态物理学出现了井喷式的爆发,高温超导、拓扑能带学、强关联系统……时至今日,凝聚态俨然成了物理界的“半壁江山”,再也不会有人将其开除。 连最“基础”的高能物理,都能从凝聚态中找到启发(安德森-希格斯机制)。 Hopfield教授提到凝聚态,可能就是认为神经元网络里也可能蕴含有同样丰富的物理。 所以,这真的是物理奖……吗? 即使神经元网络受到了物理原理的启发,现在也被广泛运用于物理研究中,对于现代科技的发展也起到了至关重要的作用,但它真的应该获得诺贝尔物理奖吗? 我有两个问题想要问:神经元网络、或者说机器学习,关于其本身而并非应用的研究,主要集中在物理这个领域吗? 神经元网络可以应用于物理研究,但是它给物理学带来了什么样的突破? 我不懂神经元网络和人工智能,所以我无法回答这两个问题。但我知道的是,看到奖项这样颁发,每个人都会问的问题是:物理学没有拿得出手的成果了吗?物理学没有突破了吗? 我觉得不是,但我大概确凿没有瑞典皇家科学院的人懂物理罢。
《从一到无穷大》:科普经典,启发性十足 我觉得你的新作不仅非常受欢迎,还非常有趣,启发性十足,读后让我受益良多……书中的每个章节都充满了独创性,这是本书非常令人称道的地方。——阿尔伯特ⷧ 斯坦 作者简介 乔治ⷤ𜽨륤민George Gamow),1904~1968,是一位世界著名的物理学家和天文学家,科普界的宗师。他是“大爆炸”理论的推动者,提出了生物学的“遗传密码”理论,以及放射性量子论和原子核的“液滴”模型。他先后在丹麦哥本哈根大学、英国剑桥大学(师从著名物理学家玻尔和卢瑟福),以及列宁格勒大学、巴黎居里研究所、密执安大学、华盛顿大学、加利福尼亚大学伯克利分校、科罗拉多大学从事研究和教学工作。 内容简介 《从一到无穷大:科学中的事实和臆测(中译本)/20世纪科普经典特藏》是根据原书新版修订后的版本。书中用生动的语言介绍了20世纪以来科学中的一些重大进展。先从基本的数学知识开始,然后用有趣的比喻阐述了爱因斯坦的相对论和四维时空结构,并讨论了人类在认识微观世界(如基本粒子、基因)和宏观世界(如太阳系、星系等)方面的成就。 目录 李言荣院士序 我的科学启蒙 刘兵教授序 科普经典,名著名译 1961年版作者前言 第一版作者前言 《从一到无穷大》读者感言摘录 第一部分 做做数字游戏 第一章 大数 第二章 自然数和人工数 第二部分 空间、时间与爱因斯坦 第三章 空间的不寻常的性质 第四章 四维世界 第五章 时间和空间的相对性 第三部分 微观世界 第六章 下降的阶梯 第七章 现代炼金术 第八章 无序定律 第九章 生命之谜 第四部分 宏观世界 第十章 不断扩展的视野 第十一章 “创世”的年代 图版 译后记
教资常考世界科技成就✨ 在教资考试中,世界科技成就是一个重要的考点。以下是一些常考的人物及其成就: 阿基米德 ️♂️ 古希腊科学家,发现了浮力原理和杠杆原理,被誉为“世界三大数学家之一”。 高斯 𝦕楮被誉为“数学王子”,是“世界三大数学家之一”。 牛顿 英国物理学家,提出了牛顿三大运动定律,被誉为“世界三大数学家之一”。 哥白尼 波兰天文学家,提出了日心说。 伽利略 슦大利天文学家和物理学家,被誉为“近代力学之父”,发现了自由落体定律,发明了伽利略望远镜。 哈维 𝥌,发现了血液循环定律。 拉瓦锡 劦𝥌学家,提出了氧化学说,认为燃烧的本质是物体与氧的结合。 哈雷 英国天文学家,第一个计算出哈雷彗星运行轨迹并成功预言其回归时间。 康德 德国哲学家,提出了云星假说。 库伦 슦𝧉駐学家,发现了库仑定律。 富兰克林 ⚡ 美国科学家,发明了避雷针。 开普勒 德国天文学家,发现了行星运动三大定律。 瓦特 动𝥏明家,改良了蒸汽机,标志着第一次工业革命的开始。 富尔顿 ⊧𝥏明家,发明了蒸汽轮船。 斯蒂芬森 英国工程师,发明了火车和世界上第一台商用蒸汽机车。 法拉第 슨𝧉駐学家,发现了电磁感应现象。 达尔文 𝧔物学家,提出了“进化论”学说。 孟德尔 𑊥奥驁传学家,发现了遗传定律。 卢瑟福 슨𝧉駐学家,通过a粒子散射实验提出了原子核结构模型。 布朗 英国科学家,发现了布朗定律。 焦耳 ⚡ 英国物理学家,发现了焦耳定律。 卡罗瑟夫 𝥌学家,发明了尼龙。 莱特兄弟 美国发明家,发明了飞机。 西蒙子 德国发明家,发明了直流发电机和直流电动机。 贝尔 美国发明家,发明了电话。 爱迪生 ኧ𝥏明家,发明白炽灯和留声机。 马可尼 大利发明家,发明了无线电报和电台。 诺贝尔 ㊧典化学家,发明了安全炸药。 普朗克 德国物理学家,创立了量子物理学。 爱因斯坦 瑞士和美国物理学家,提出了相对论。 弗莱明 슨𝥾物学家,发现了青霉素。 门捷列夫 ⚗️ 俄国化学家,发现了元素周期表。 魏格纳 德国地质学家,提出了大陆漂移假说。 巴斯德 法国微生物学家,发明了巴氏消毒法。 居里夫人 法国物理学家和化学家,发现了放射性物质镭和钋。 伦琴 𘊥𝧉駐学家,发现了X射线。 凯库勒 德国化学家,发现了苯环结构。 玻尔 丹麦物理学家,提出了玻尔原子理论。
【新方法助力跨能量尺度原子核结构研究】中国科学院院士、复旦大学教授马余刚团队和纽约州立大学石溪分校教授贾江涌团队合作,在RHIC-STAR国际合作组,首次基于高能重离子碰撞方法成像原子核结构并取得重要突破。11月7日,相关研究发表于《自然》。《自然》同期在“新闻和观点”“博客”特评专栏等对该文进行亮点介绍和重点推介。论文传送门☞网页链接 自1911年卢瑟福根据𒒥퐥﹥子散射实验建立原子核式结构以来,原子核的几何学形状、核内蕴含的基本相互作用力与动力学对称性一直是原子核有限多体量子系统及强作用统计物理研究的重要前沿课题之一。 研究人员将两束重离子加速至接近光速并使其发生对撞,从而产生退禁闭的夸克胶子等离子体(QGP)。普遍认为,QGP是对应于宇宙大爆炸之后几个微秒的存在形态,QGP流体经过膨胀冷凝和强子化后,产生大量末态强子。末态强子的动量空间多粒子关联与碰撞初始原子核的形状及核子的多体关联整体相关。这一过程类似高速摄像机的快门拍照,能够实现逆向瞬时成像原子核形状。 研究团队以接近球形的金核-金核碰撞为基准,对原子核结构特征进行精准成像,定量提取了铀核-铀核碰撞中铀-238原子核的四极轴对称形变()和三轴形变(信息。 结果显示,在相对论能量下,原子核会发生洛伦兹收缩,相互作用持续时间为幺秒尺度(约10-24秒),远低于实验室系下原子核量子涨落的时间尺度(约10-21 秒)。具有奇特结构的原子核在极端中心对撞区间会呈现不同的碰撞构型,这将影响初态能量沉积以及能量密度分布在QGP几何空间中的各向异性分布。 研究团队同时探索了末态强子的集体流等三种不同的软探针观测量,并比较了两种不同的流体动力学模型,精确约束并定量提取了铀-238原子核的四极轴对称形变和轴对称破缺三轴形变的大小。研究团队发现,铀-238原子核基态具有较大的椭球形轴对称四极形变,与传统的低能实验测量和理论研究基本一致,为成像原子核结构提供了一种全新方法。此外,研究团队证实了铀-238具有微小的轴对称破缺三轴形变自由度。 研究团队表示,这项跨能量尺度的原子核结构研究,有助于探讨核合成、核裂变及无中微子双贝塔衰变等重大基础科学问题,推动高能重离子碰撞、低能核物理和核天体物理交叉领域的发展,并深化人们对夸克胶子等离子体初态几何、原子核基本性质和宇宙元素起源等基本科学问题的理解,还为约束和改进核理论模型及其计算精度提供重要参考。论文中使用的研究方法后续可应用于欧洲核子中心LHC、下一代核物理大科学装置-美国电子离子对撞机EIC、我国强流重离子加速器装置HIAF等大科学装置的相关研究,有助于继续拓宽跨能量尺度原子核物理的前沿交叉。(来源:中国科学报 江庆龄)
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图卢瑟福的电子绕原子核做类似行量绕太阳运动的原子模型有根本性困难
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