《张朝阳的物理课》从原子走向化学

1月30日12时,《张朝阳的物理课》第二十四期开播 。与以往不同的是,此次直播,也成为今年搜狐视频“直播伴你过大年”节目的一部分 。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,复习了氢原子的波函数,根据能级的简并与各种量子数的取值范围研究电子的轨道 。
通过氢原子的径向波函数,张朝阳分析了电子在不同半径球壳出现的概率,以求得轨道半径,又通过生动形象的动画,直观展现氢原子波函数的三维形状 。之后过渡到多电子原子体系,研究了氦原子和锂原子中电子间的排斥力和对核电荷的屏蔽作用,将氢原子轨道扩展到多电子原子 。最后举例讨论了碳氮氧等元素的电子排布,解释它们如何与不同数量的氢原子共同结合成多种重要物质,内容也从物理领地走向化学领地 。
“过年啦!物理课不能停!”张朝阳在直播间“小白板”上写下主题,“过年闲下来,别忘了自己该干的事 。学习不能停,物理不能停,探索自然界的奥秘不能停 。”他说,“学习物理,仅仅停留在数学计算而没有实际的运用,是没有意义的 。所以,今天将走向化学领地,讲讲元素周期表 。”
经过此前几节课的推导,张朝阳带网友求解氢原子的薛定谔方程,得到其原子能级与电子波函数 。在了解了电子轨道与能级简并后,张朝阳继续带领网友了解不同轨道的半径 。在讨论完氢原子波函数的各个性质之后,他还给网友演示了关于氢原子波函数3D形貌的一条视频,非常直观地呈现出包含径向与角向部分的完整而立体的氢原子波函数 。
在理解了多电子体系的电子如何排布之后,张朝阳还举例讨论了C,N,O原子的电子排布,由此解释它们为何能与不同数量的氢原子通过共价键分别形成二氧化碳、氨气、水等,这些都是与生命密切相关的非常重要的物质 。这也体现了量子力学强大的描述能力 。
“从薛定谔方程,到解决氢原子问题,理解原子、元素和元素周期表,再看原子半径和能级的改变,我们开始有望揭秘世间万物、理解这个世界最本质的道理 。”直播结尾,张朝阳宣布关于量子力学的讨论将告一段落 。
自11月5日至今,《张朝阳的物理课》已直播二十余期 。在第一、二课中,张朝阳科普了“力”和“速度”,算出马斯克的飞船和中国空间站每日绕地飞行圈数;第三、四课和“振动”相关,科普可见光的基本知识;第五、六课引发了关于音速和温度的大讨论;在第七、八、九课重温经典物理学的两朵乌云 。
第十、十一课重点回顾黑体辐射曲线及其应用;第十二、十三、十四课尝试进入爱因斯坦的思想世界,推导出著名的公式“E=mc²”,并论证钟慢尺缩效应;第十五课讲解了原子的结构和原子核的衰变;第十六课开始进入量子力学,讨论光的波粒二象性、康普顿(行情603798,诊股)散射、海森堡不确定性原理,以及薛定谔方程等 。
从二十余期的物理课可以看出,《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜——通过观察日常生活现象、用网友最熟悉的话题来提升兴趣,再以公式推导的方式解释其背后的物理原理,“透过现象看本质”,进而反过来解决生活中的类似问题 。
张朝阳认为研究自然界是特别有意思的事情,他希望物理课的受众能保有好奇心,“在好奇心驱使下,了解自然界的奥秘,了解我们在这个世界生存的道理” 。在后续课程中,他还将继续以这种直播风格解释生活中常见的物理现象,让普通人能够听懂、专业人士也能认可,激发科学学习的热潮 。该课程于每周周五、周日12时在搜狐视频直播 。同时,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看往期完整视频回放 。