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Array|光的明暗相间条纹是引力作用产生的( 二 )


Array|光的明暗相间条纹是引力作用产生的
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如果我们用横坐标表示电子的质量 ， 用纵坐标表示电子内部的结合力 ， 则我们可以大致画出电子质量内部结合力草图 。从图上可以看出 ， 电子质量越小内部结合力越大同时离原子核越近、吸收光子的能力越强 ， 电子质量越大内部结合力越小、离原子核越远、吸收光子的能力越弱 ， 当电子吸收了质量足够大的光子后会处于"临界质量" ， 此时电子不能继续吸收光子增大质量了 ， 在外界微小扰动作用下电子又会"裂变"放出光子减小质量 。电子可以吸收光子增大质量也可以"裂变"放出光子来改变自身的运动状态 ， 由于电子的质量占原子质量的千分之一以下 ， 所以通常情况下电子质量的变化对整个原子质量的影响很小 ， 但我们也应该能够观测出来 。事实上在化学变化中往往伴随着发光发热现象 ， 物质放出了光子肯定损失了质量 ， 相对论认为光子没有静质量 ， 这个之后我们再讨论 。
电子与原子碰撞时损失的能量是不连续的 。1914年弗兰克和赫兹在研究中发现电子与原子发生非弹性碰撞时能量的转移是量子化的 。弗兰克赫兹实验装置主要是一只充气三极管 ， 电子从加热的铂丝发射 ， 铂丝外有一同轴圆柱形栅极 ， 电压加于其间 ， 形成加速电场 。电子穿过栅极被外面的圆柱形板极接受 ， 板极电流用电流计测量 。当电子管中充以汞蒸气时 ， 实验发现每隔4.9伏电势差 ， 板极电流都要突降一次 。弗兰克赫兹实验测定表明 ， 电子与汞原子碰撞时 ， 电子损失的能量严格地保持在4.9电子伏 ， 即汞原子只接收4.9电子伏的能量 。如果在管子里充以氦气 ， 也会发生类似情况 ， 但其临界电势差约为21电子伏 。通常认为弗兰克-赫兹实验证明原子内部结构存在分立的定态能级 ， 这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种"完全确定的、互相分立的能量状态" ， 是对玻尔的原子模型的第一个决定性的证据 。
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我们认为弗兰克赫兹实验至少表明三点：第一是原子内部能级是不连续的 ， 第二就是自由电子在与其他原子作用时很容易损失能量（很显然自由电子损失了能量当然会减少质量）；第三就是处于原子核束缚作用下的电子可以吸收能量 。从微观角度来讲 ， 自由电子质量较大、内部各部分之间的结合力较小 ， 它既可以吸收光子也可以放出光子 ， 当它遇到一个在原子核静电引力束缚作用下"饥饿程度"比它大许多的电子时 ， 当然会被"掠夺"一部分质量；如果在原子核静电引力束缚作用下电子的"饥饿程度"继续增大 ， 它就会从自由电子那里"掠夺"更多的质量 ， 这也就是实验中表现出来的不同原子的临界电势差不同的根本原因 。这个实验也在一定程度上证实了电子"质量幻数"的存在 。原子从自由电子"掠夺"一部分质量 ， 实际上是原子核静电引力束缚作用下处于"饥饿状态"的电子从自由电子那"掠夺"一部分质量 ， 这也是我们根据大量实验事实总结出的微观粒子三大作用规律的第二条内容：微观粒子间的相互作用"满足弱肉"强食规律 ， 内部结合力大的粒子可以从内部结合力小的粒子处"掠夺"一部分质量 。
电子的"衍射条纹" 。1927年戴维逊和革末做了一个实验 ， 该实验用一束电子束轰击一张用金属镍做成的金属箔 ， 电子会在屏幕上形成衍射条纹（明暗相间的同心圆环） ， 也就是说电子到达屏幕上的位置是不连续的 。科学家发现X射线通过特定的晶体也会形成衍射条纹 。由于人们普遍接受了波动理论 ， 认为X射线是电磁波 ， X射线的衍射图案就是其波动性的证明 ， 既然电子的衍射图案和X射线的衍射图案高度相似 ， 所以人们认为电子也和X射线一样具有波动性 。从宏观上讲金属铝箔是均质的 ， 电子束通过铝箔应该不发生偏转 ， 但实际上电子束通过铝箔形成了圆环形图案 ， 至少说明两点：第一 ， 电子束在穿过铝箔时受到物质作用从而改变了原来的运动轨迹；第二 ， 电子束受到的作用力是不连续的 ， 因为如果电子束受到连续的外力作用则电子束的运动轨迹就会连续变化 ， 最终就应该在屏幕上形成一片连续的亮区 。电子束通过铝箔形成圆环形图案的实验事实表明 ， 电子束在与铝箔作用时 ， 受到的力的作用是不连续的 。而弗兰克-赫兹实验已经揭示了电子与原子碰撞损失的能量是不连续的 ， 与之相符 。


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