第一研究室
核式结构厅NUCLEAR · MODEL
原子到底有多「空」？用 α 粒子轰击金箔，复现 1909 年那场改变物理学的实验；再打开元素陈列柜，看核电荷如何暗中排布整张周期表。
实验 · 壹
α 粒子散射实验台
物理侧 · 卢瑟福核式结构调节 α 粒子能量并发射粒子流，观察它们穿过金箔时的轨迹。切换「枣糕模型 / 核式模型」，看看哪种模型预言了你的观测结果。
已发射 α
0
直线穿过 (<4°)
0 —%
小角偏转 (4–25°)
0 —%
大角散射 (>25°)
0 —%
被弹回 (>90°)
0 —%
观测手记：绝大多数 α 粒子直线穿过金箔 —— 原子内部空旷得惊人；约万分之一的粒子被大角度弹回 —— 原子的质量与正电荷集中在一个极小、极重的核里。试试切换枣糕模型，还能打出大角度散射吗？
实验 · 贰
元素周期律陈列柜
化学侧 · 原子半径与电负性点击任意元素格，查看它的原子半径、电负性与电子层结构。切换热力图模式，找出「同周期」与「同主族」的递变规律。
陈列规律：同周期从左到右，核电荷数增加 → 原子半径减小、电负性增大；同主族从上到下，电子层数增加 → 原子半径增大、电负性减小（稀有气体一般不讨论电负性）。
交 汇 手 札 · 壹
⚛ 物理侧 · 核式结构模型
- α 散射实验 → 原子中心有体积极小、质量极大的原子核
- 原子核直径仅约 10⁻¹⁵ m，却集中了 99.97% 的质量
- 核电荷数 Z = 质子数，决定核外电子数目
交汇点
原子 = 核 + 电子
核电荷数定元素
核电荷数定元素
⚗ 化学侧 · 元素周期律
- 元素性质随核电荷数递增呈周期性变化
- 原子半径与电负性的递变源于核对外层电子的吸引
- 同一核电荷数 = 同一种元素，无论中子多少（同位素）
原子由原子核和核外电子构成 —— 核电荷数决定元素种类
第二研究室
光谱回廊SPECTRUM · GALLERY
电子住在分层的「楼梯」上，每次跳下都会点亮一盏特定颜色的灯。氢原子的能级跃迁与金属的焰色反应，本质是同一首光的诗。
实验 · 叁
玻尔能级跃迁仪
物理侧 · 能级跃迁与光谱先用光子把氢原子的电子「撞」上高能级（吸收），再看它逐级跳回，沿途放出一串串特定频率的光子（发射）。收集到的每条谱线，都是元素的指纹。
激发到能级：
当前能级
n = 1
能量
−13.60 eV
本次光子
— eV · nm
谱线所属
—
观测手记：电子只能在特定能级间跃迁，吸收或放出光子的能量必须恰好等于两能级之差 hν = Em − En。落到 n=2 的跃迁发出可见光（巴耳末系）；落到 n=1 是紫外线（莱曼系）；落到 n=3 以外是红外线。
实验 · 肆
焰色反应试验台
化学侧 · 焰色反应与光谱分析取一瓶金属盐溶液，用铂丝蘸取后送入本生灯外焰。火焰瞬间染上的颜色，就是金属离子跃迁发光的「签名」。
观察钾的紫色焰色时，钴玻璃可滤去钠杂质的黄光干扰
当前试剂
—
焰色
—
特征谱线
— nm
生活应用
—
试验要领：焰色反应是物理变化 —— 火焰的能量把电子托上高能级，电子回落时放出特征光。化学家借此鉴定金属元素（原子光谱分析），烟花师傅则用它调配夜空的颜色。
交 汇 手 札 · 贰
⚛ 物理侧 · 玻尔模型
- 电子轨道与能量量子化：En = −13.6/n² eV
- 跃迁条件：hν = |Em − En|，频率 ν 唯一确定
- 氢光谱莱曼系、巴耳末系波长被精确预言
交汇点
跃迁 ⇄ 特定
频率的光子
频率的光子
⚗ 化学侧 · 焰色与光谱分析
- 每种金属离子有独一无二的特征谱线
- 焰色反应快速检验金属元素（钠黄、钾紫、锶红…）
- 光谱分析可测定未知物质成分，曾发现铯、铷、氦
电子跃迁释放 / 吸收特定频率的光子 —— 光谱是元素通用的指纹
第三研究室
衰变密室DECAY · CHAMBER
不稳定的原子核会悄悄变身。单个核的衰变无法预言，亿万核的衰变却遵守精确的数学律 —— 这就是半衰期，也是考古学家手中的时间标尺。
实验 · 伍
半衰期沙漏
物理侧 · 放射性衰变与半衰期128 个原子核静静躺在铅室中。启动时间之轮，看它们一个接一个地衰变 —— 完全随机，却在整体上画出一条确定的指数曲线。
流逝时间
0 年
剩余原子核
128 / 128
剩余比例
100.0 %
经过半衰期
0.00 个
观测手记：每经过一个半衰期 T½，剩余核数就减半一次：N = N₀·(½)t/T½。单个核何时衰变纯属随机，但大量核的统计行为精确可测 —— 虚线是理论曲线，亮点是真实模拟，它们几乎重合。
实验 · 陆
核反应方程式配平室
物理侧 · 核反应方程每张反应卡片上都缺了一味「料」。从药盘中选出正确的粒子填入，让天平两端的质量数与电荷数同时平衡。
药盘 · 可选粒子：
已配平方程式
0 / 8
当前选中
—
配平心法：核反应前后质量数 A 守恒、电荷数 Z 守恒。α 粒子取走 4 和 2；β⁻ 粒子留下 −1 的电荷；中子只带走 1 份质量。先算 A，再算 Z，答案自然浮现。
实验 · 柒
碳十四考古测年仪
化学侧 · 放射性同位素的应用生物活着时不断吸收 ¹⁴C，死亡后只剩衰减。测量遗物中 ¹⁴C 的剩余比例，就能读出它沉睡了多少年。试试为四件出土文物测年！
出土文物
—
¹⁴C 剩余比例
— %
鉴定结果
—
测年原理：t = T½ · log₂(N₀/N)，¹⁴C 半衰期 5730 年。剩余一半 → 5730 年；剩四分之一 → 11460 年。同位素还可作示踪原子：医学上用 ¹³¹I 追踪甲状腺摄碘，农业上用 ³²P 研究作物吸收。
交 汇 手 札 · 叁
⚛ 物理侧 · 衰变与核反应
- α / β / γ 三种衰变改变原子核的组成
- 核反应方程满足质量数守恒与电荷数守恒
- 半衰期 T½ 是核素的固有属性，与外界条件无关
交汇点
A·Z 双守恒
半衰期计时
半衰期计时
⚗ 化学侧 · 同位素的应用
- ¹⁴C 测年：为考古文物与古生物遗骸定年代
- 示踪原子：追踪化学反应路径与物质代谢
- 放射诊疗：⁶⁰Co 放疗、¹³¹I 治疗甲状腺疾病
质量数守恒 · 电荷数守恒 · 半衰期计算 —— 物理立的法则，正是化学用的工具