核物理与粒子物理导论教学大纲
大学二年级物理学教案核物理与粒子物理学
大学二年级物理学教案核物理与粒子物理学大学二年级物理学教案：核物理与粒子物理学引言：本教案旨在介绍大学二年级物理学中的核物理与粒子物理学。
通过系统的教学内容和适当的教学方法，帮助学生深入了解核物理和粒子物理的基本概念、原理和应用，培养学生的实验操作能力和科学思维能力，为进一步学习和研究物理学奠定坚实的基础。
一、核物理学1. 核物理学的基本概念1.1 原子核的组成和结构1.2 放射性核素的性质1.3 核反应和核能的概念2. 放射性衰变2.1 放射性衰变的基本特征2.2 放射性衰变方程的推导2.3 放射性衰变的应用举例3. 核能的利用3.1 核裂变和核聚变的基本原理3.2 核反应堆的工作原理和应用3.3 核能在日常生活中的应用二、粒子物理学1. 粒子物理学的研究对象和意义1.1 基本粒子的分类和描述1.2 粒子物理学的实验方法1.3 粒子物理学的研究进展和挑战2. 粒子物理学中的基本相互作用2.1 强相互作用的介绍和性质2.2 弱相互作用的介绍和性质2.3 电磁相互作用的介绍和性质2.4 引力相互作用的介绍和性质3. 粒子物理学的实验技术和设备3.1 粒子探测器的基本原理和分类3.2 加速器和探测器的工作原理3.3 粒子物理学实验中的数据分析和结果解读三、教学方法与评价1. 教学方法1.1 理论讲授和实验演示相结合1.2 小组讨论和学生互动1.3 实验操作和科学论文阅读2. 教学评价2.1 考试和测验评估学生的理论知识掌握情况2.2 实验报告和实验操作评估学生的实践能力2.3 小组讨论和课堂互动评估学生的思维能力和表达能力结论：通过本教案的学习，学生将全面了解核物理与粒子物理学的基本概念、原理和应用，培养实验操作能力和科学思维能力。
在今后的学习和研究中，学生将能够更深入地理解物理学中的核物理与粒子物理学，为相关领域的发展做出贡献。
参考文献：[参考文献 1][参考文献 2][参考文献 3][参考文献 4]。
物理教学设计方案——核物理与基本粒子
课程调整
根据反馈结果调 整教学内容
学生反馈
收集学生意见和 建议
教学效果评估
设定评估指 标
制定学习目标和 评价标准
课程总结
总结教学过程和 效果
学生成绩分 析
分析学生学习成 绩情况
思考与展望
亮点
深入浅出的讲解方式 鼓励学生独立思考
不足
缺乏实践环节 师生互动不够
发展趋势
引入新的案例教学方法 增加实验课程比重
本章节旨在对核物理与基本粒子教学设计方案进 行简要回顾，强调其在学生科学素养培养中的重 要性。通过对核物理与基本粒子领域的教学内容 和重点进行总结，可以帮助学生更好地理解和掌 握相关知识，为未来学习和科研奠定基础。
展望未来
本页将探讨核物理与基本粒子教学在未来教育中 的发展方向，鼓励学生积极参与研究和探索。随 着科学技术的不断发展，核物理与基本粒子领域 也将迎来新的挑战和机遇，希望学生能够保持对 这一领域的热情和好奇心，不断追求科学的进步 与创新。
核反应方程式
书写规则
核反应方程式一般由反应 物和生成物组成，反应物 位于方程式的左侧，生成 物位于右侧。
平衡方法
平衡核反应方程式是核化 学中的重要技能，通过调 整反应物和生成物的系数 来确保反应前后原子数和 电荷数的平衡。
重要性
平衡核反应方程式有助于 理解核反应过程中原子核 的变化和能量释放，是核 物理学习的基础。
能源利用与环境保护
能源利用
核反应在能源生 产中有着重要应 用，核电站利用 核裂变反应产生 电能，是清洁高 效的能源之一。
问题分析
核能发展面临安 全隐患、核废料 处理等问题，需 要综合考虑能源 利用和环境保护
之间的平衡。
环境影响
北大核物理与粒子物理讲义1
■ 考试：平时20%; 期中30％；期末50％
— Ye Yanlin, School of Physics, Peking University , Spring 2006 ——————————
2008-2-22 Yanlin Ye, School of Physics, Peking University 2
微观世界中的结构与相互作用
r2 A pi r r Η=∑ + ∑ V (ri , rj ) i=1 2mi i < j =1
A
A unique laboratory where different forces and 2008-2-22 Yanlin Ye, School of Physics, particles meet. Peking University
— Nuclear and Particle Physics – Introduction —————————
■ 主要参考书 卢希庭、江栋兴、叶沿林：《原子核物理》修订版 原子能出版社，2000年 K.Heyde, Basic Ideas and Concepts in Nuclear Physics, Bristol and Philadelphia, 1994. K.S.Krane, Introductory Nuclear Physics, John Wiley & Sons, New York, 1987. W.S.C.Williams, Nuclear and Particle Physics, Clarendon Press, Oxford, 1991. W.E.BurchamAnd M.Jobes, Nuclear and Particle Physics , Longman1995
核物理和粒子物理导论课程教学大纲CourseOutline
第一章：概述
1） 2） 3）
物质的结构层次 核物理与粒子物理的发展简史 自然单位
第二章：原子核的基本性质
1） 综述 2） 原子核的组成及稳定性 3） 原子核的大小及密度分布 4） 原子核的自旋和宇称 5） 原子核的结合能
第三章：原子核的结构和衰变
1） 费米气体模型 2） 壳模型 3） 集体模型 4） 放射性核的衰变的一般规律 5） α 衰变 6） β 衰变 7） γ 衰变
课程性质 (Course Type) 授课语言 (Language of Instruction)
开课院系 （School） 先修课程 （Prerequisite） 授课教师 （Teacher） 办公时间 （Office Time） 课程网址
(Course Webpagon）
第四章：原子核的反应
1） 综述 2） 反应截面 3） 光学模型 4） 复合核模型 5） 直接反应 6） 核的裂变和聚变 7） 重离子反应
第五章：极端条件下的原子核物理
1） 综述 2） 热核 3） 远离 β 稳定线核 4） 超重元素
5） 高自旋态及(巨)超形变核
第六章：强子的基本性质
1） 粒子物理发展概述 2） 自然界中的基本相互作用 3） 粒子的分类 4） 对称性和守恒定律
第七章：量子色动力学简介
1） 夸克和胶子的颜色自由度 2） 渐进自由 3） 色禁闭 4） 手征对称 5） 格点 QCD
第八章：强子结构模型
1） 强子的夸克模型 2） 强子的夸克势模型 3） 强子的口袋模型
第九章：标准模型简介 1）Yang-Mills 规范场 2） 标准模型中的相互作用 3） 标准模型中的粒子
教学内容 学时 教学方式 作业及要求 基本要求
大学物理原子核物理与粒子物理学
大学物理原子核物理与粒子物理学原子核物理与粒子物理学是大学物理学科中的重要分支之一。
本文将从原子核物理和粒子物理这两个方面进行讨论，首先介绍原子核物理的基本概念和研究内容，然后转向粒子物理的相关知识和发展历程。
一、原子核物理原子核是构成物质的基本粒子之一，它由质子和中子组成。
原子核物理主要研究原子核的结构、性质与相互作用。
原子核物理在核能源、核技术以及医学诊断和治疗等方面具有重要的应用价值。
1.1 原子核的结构原子核由质子和中子组成，质子带有正电荷，中子不带电荷。
原子核的结构可以用核子数和中子数来描述，在同位素的不同核素中，质子数和中子数的比例不同。
1.2 原子核的性质原子核具有很高的密度和巨大的能量，是原子的稳定核心。
原子核的质量集中在一个极小的空间内，而质子之间相互排斥，需要强相互作用力维持原子核的稳定性。
1.3 原子核的相互作用原子核之间存在相互作用力，主要包括静电作用力和强相互作用力。
静电作用力是负责核内粒子之间的排斥力，而强相互作用力是保持核内粒子结构相对稳定的主要力。
二、粒子物理学粒子物理学研究微观世界的基本粒子，以及它们之间的相互作用和性质。
粒子物理学对于理解宇宙的起源、宇宙组成和基本力的统一理论等方面有着重要的贡献。
2.1 基本粒子粒子物理学将基本粒子分为两类：费米子和玻色子。
费米子包括质子、中子、电子、中微子等，它们符合费米-狄拉克统计，满足泡利不相容原理。
而玻色子包括光子、希格斯玻色子等，它们符合玻色-爱因斯坦统计。
2.2 粒子之间的相互作用粒子之间的相互作用可以通过四种基本相互作用来描述：引力、电磁力、弱相互作用和强相互作用。
这四种相互作用决定了物质的性质和基本力的运作机制。
2.3 粒子物理的发展历程粒子物理学的发展经历了多个重要阶段，从射线的发现、质子和中子的发现，到粒子加速器的建立和基本粒子的进一步研究，最终形成了今天的标准模型。
三、应用与展望原子核物理与粒子物理学在科学研究和技术应用方面具有广泛的前景和潜力。
中国科技大学 核与粒子物理导论 第一章.pdf
α 230 α 226 α 222 α 218 α 214 U → → → → → 90Th 88 Ra 86 Rn 84 Po 82 Pb
214 83
α 210 Bi → 81Tl
214 84
α 210 Po → 82 Pb
210 83
Bi
210 84
λ1λ 2 λ3 " λ n −1 (λ 2 − λ1 )(λ 3 − λ1 ) " (λ n − λ1 ) λ1λ2 λ3 " λn −1 (λ1 − λ 2 )(λ3 − λ 2 ) " (λ n − λ 2 )
#
h2 =
hn =
λ1λ 2 λ3 " λ n −1 (λ1 − λ n )(λ 2 − λ n ) " (λ n−1 − λ n )
−1
(1.2)
上式左边表示在 t → t + dt 的时间隔 dt 内，核素发生衰变的几率。因此 λ 表示单位时间核 素发生衰变的几率。 λ 的量纲为( s )。 dN (t ) 代表在 t → t + dt 间隔内发生衰变的核的数目， 或者说，存活时间为 t 的核素数目为 dN = λ N (t ) dt ，按平均寿命的定义
核与粒子物理导论
第一章 粒子束的获得
研究和观测线度为 10 −15 m( fm) 量级的亚原子系统,，需要探针粒子的波长 与亚原子 的线度相近或者更短。
=
= p
cp =
=c 197.33 fm.Mev ~ 200 MeV = 1 fm
为了获得亚原子系统的各种状态， 为从真空状态(各种粒子,反粒子场的基态)产生各种粒 子，需要携带足够动量(能量)的投弹粒子。例如，为把束缚在核素中的一个质子或者中子释 放出来，平均要提供给核素几至十几 MeV 的能量。要从量子“真空”态产生电子和正电子 要产生 J 对， 要给量子 “真空” 态至少提供 ~ 1.02 MeV 的能量。
大学六年级物理教案原子核物理与粒子加速器
大学六年级物理教案原子核物理与粒子加速器大学六年级物理教案（原子核物理与粒子加速器）引言：本节课将介绍原子核物理与粒子加速器的基本概念、原理及应用。
通过生动的实例与图表展示，学生将更好地理解原子核的结构、粒子的加速过程以及实验中的重要仪器——粒子加速器。
本教案结合理论知识和实践操作，通过互动教学方法，激发学生的学习兴趣，提升他们的动手实践能力及科学思维。
一、原子核物理基础知识1.1 原子核的发现与结构1.2 原子核稳定性与放射性1.3 原子核衰变与核反应二、粒子加速器的基本原理2.1 粒子的加速与碰撞2.2 加速器的基本结构与工作原理2.3 各类粒子加速器的应用三、粒子加速器的实验应用3.1 深入探索原子核的结构3.2 医学与生物领域中的应用3.3 粒子加速器在能源研究中的应用四、教学活动设计4.1 激发学生的学习兴趣4.2 实验演示与操作设计4.3 学生讨论与展示五、教学评估与反馈5.1 个人思考与小组交流5.2 实验操作评估5.3 教师评价与学生反馈六、教学资源准备6.1 实验仪器与材料6.2 图表与实例资料6.3 多媒体教学辅助工具七、延伸拓展7.1 与核物理相关的前沿研究7.2 探索加速器科学发展的未来结语：通过本节课的学习，学生将深入了解原子核物理与粒子加速器的基本概念、原理及应用，提高他们的科学素养和实践能力。
通过实验与讨论的方式，激发学生的学习兴趣，引导他们做出相关应用的思考与解答。
希望学生能够在今后的学习与科研中继续深化对原子核物理与粒子加速器的理解，为推动科技进步和社会发展做出贡献。
核与粒子物理导教学设计
核与粒子物理导教学设计介绍核与粒子物理是物理科学中的一门重要学科，其中包括了核物理、粒子物理、宇宙射线等内容。
随着科学技术的发展，我们对这些领域的了解也越来越深入。
本文将介绍核与粒子物理的导教学设计，旨在推动核与粒子物理学科的学习和发展。
教材介绍核与粒子物理的教学需要借助相关的教材，本教学设计将以《现代物理学》（第三版）为基础教材。
这本教材中论述了一系列现代物理学的基本原理和应用，其组织结构合理，难度适中，涉及面广，是核与粒子物理导教学的优秀教材之一。
教学设计教学目标1.掌握核与粒子物理基础知识，如原子核、粒子、宇宙射线的基本性质和相互作用等。
2.理解核与粒子物理的研究方法和技术，如粒子加速器、探测器等。
3.能够分析和解决实际问题，如放射性物质的应用、医学物理等。
4.培养创新意识，对核与粒子物理中尚未解决的问题提出自己的思考和研究方向。
教学内容1.原子核：核结构、核电荷分布、核衰变、核能来源和应用等。
2.粒子：带电粒子、中微子、夸克等基础知识，粒子之间的相互作用，粒子物理和核物理的关系等。
3.宇宙射线：组成、性质、来源和应用等。
4.研究方法和技术：粒子加速器、探测器等。
5.应用实践：放射性物质的应用、医学物理等。
教学方法1.讲授法：通过课堂讲授介绍核与粒子物理的基本知识和理论。
2.实验法：通过实验让学生深入了解和掌握核与粒子物理的实际应用。
3.讨论法：开展小组讨论和课堂互动，加深学生对核与粒子物理的理解。
4.自学法：引导学生自己探究核与粒子物理所存在的问题。
教学评估1.课堂测试：针对所学知识进行简答、计算等形式的测试，评估学生掌握情况。
2.实验报告：结合实验内容写出实验报告，评估学生实验设计、数据处理和分析能力。
3.课程论文：要求学生撰写与核与粒子物理相关的论文，评估学生综合分析、归纳和创新能力。
总结通过本教学设计，希望能够推动核与粒子物理学科的学习和发展，培养学生对核与粒子物理的热爱和兴趣。
希望能够在今后的教学实践中，不断改进教学方法，完善教学内容，提高教学质量，为核与粒子物理学科的发展作出贡献。
粒子物理与核物理教学设计方案
粒子相互作用和守恒定律
粒子加速器和探测器的原理 和应用
气泡室实验：通过观察带电粒 子在气泡室中的轨迹来研究粒 子性质
云室实验：通过观察带电粒子 在云室中的轨迹来研究粒子性 质
火花室实验：通过观察带电粒 子在火花室中的轨迹来研究粒
子性质
磁谱仪实验：通过测量带电粒 子在磁场中的偏转角度来研究
粒子性质
原子核：由质子和中子组成的核心 核力：核子之间的强相互作用力 核反应：原子核发生变化的过程 放射性：原子核自发地放出粒子或射线的特性 核裂变：一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程 核聚变：两个或多个较轻原子核结合成一个重原子核的过程
核反应实验： 通过观察核反 应产物来研究
核反应过程
核衰变实验： 通过测量放射 性元素的衰变 规律来研究核
结构
核裂变实验： 通过观察裂变 产物和裂变能 来研究裂变过
程
核聚变实验： 通过观察聚变 产物和聚变能 来研究聚变过
程
核反应堆实验： 通过观察反应 堆中的核反应 过程来研究核 反应堆的设计
和运行
核物理实验数 据分析：通过 分析实验数据 来验证核物理 理论，改进实
计算机和数据处理设备： 用于处理实验数据和模拟 实验结果
教学软件和模拟程序：用 于帮助学生理解和学习粒 子物理与核物理知识
教师队伍：具备粒 子物理与核物理专 业知识和教学经验 的教师团队
教学资源建设：开 发适合不同层次学 生的教材、案例和 实验资源
教学资源更新：定 期更新教学资源， 以适应学科发展和 教学需求
制定评价标准：明确评价目标和内容，制定合理的评价标准 实施评价：根据评价标准，对学生的学习情况进行评价 分析评价结果：对评价结果进行深入分析，找出存在的问题和不足
高中物理第三章原子核核聚变粒子物理学简介导学案教科选修
6 核聚变7 粒子物理学简介[目标定位] 1.知道什么是聚变反应，会计算核聚变中释放的核能.2.知道热核反应，了解可控热核反应及其研究和发展.3.了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史.一、核聚变1．定义：两个轻核结合成较重原子核的反应，轻核聚变必须在高温下进行，因此又叫热核反应． 2．能量变化：轻核聚变后，平均结合能增加，反应中会释放能量． 3．核反应举例：21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV. 4．核反应条件：必须使它们的距离达到10－15m 以内，使核具有足够的动能，轻核才能够发生聚变．5．特点：在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去．6．氢弹原理：首先由普通炸药引爆原子弹．再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸． 二、可控热核反应与恒星演化中的核反应1．聚变与裂变相比有很多优点：(1)轻核聚变产能效率高．(2)地球上聚变燃料的储量丰富．(3)轻核聚变更为安全、清洁．2．太阳等恒星内部进行的核反应是轻核聚变反应． 三、粒子1．“基本粒子”不基本“基本粒子”：直到19世纪末，人们认为光子、电子、质子、中子是“基本粒子”，随着科学的发展，一方面逐渐发现了数以百计的新粒子，它们都不是由中子、质子、电子组成的；另一方面科学家又发现质子、中子等本身也有自己的复杂的结构．因此，20世纪后半期，就将“基本”去掉，统称粒子． 2．粒子的分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子． 3．夸克模型(1)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的． (2)分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的＋23或－13，每种夸克都有对应的反夸克． (3)意义：元电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷． (4)夸克的“禁闭”夸克不能以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克的“禁闭”． 四、3种典型的粒子加速器 1．直线加速器(1)粒子运动轨迹是一条直线．(2)满足的条件：要保持粒子与高频电场之间的谐振关系．(3)优点：粒子束的强度高．2．回旋加速器(1)粒子运动轨迹：在磁场中的匀速圆周运动．(2)满足条件：高频电源的频率等于粒子回旋的频率．(3)优点：粒子被加速到的能量可达40_MeV.3．对撞机能够实现两束相对运动的粒子对撞的设备叫对撞机．工作原理：粒子先在同步加速器中加速，然后射入对撞机，反向回旋在轨道交叉处相互碰撞，获得较大能量．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对轻核聚变的理解1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应：从平均结合能的图线看，轻核聚变后平均结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．聚变方程：21H＋31H―→42He＋10n＋γ.4．重核裂变与轻核聚变的区别反应方式比较项目重核裂变轻核聚变放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍核废料处理难度聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多【例A.21H＋31H―→42He＋10n是聚变B.235 92U＋10n―→140 54Xe＋9438Sr＋210n是裂变C.226 88Ra―→222 86Rn＋42He是α衰变D.2411Na―→2412Mg＋0－1e是裂变答案 D解析A选项中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核，是聚变反应，故A选项正确；B选项的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子，是裂变反应，故B选项正确；在C选项的核反应中没有中子的轰击自发地放出了α粒子，是α衰变，C选项是正确的；而D应是β衰变，不正确；故答案为D.借题发挥主要核反应类型有：(1)衰变：衰变是原子核自发转变为另一种核并辐射出α或β粒子．(2)人工转变：人工转变常用α粒子(也可用中子等)轰击原子核，该核捕获α粒子后产生新原子核，并放出一个或几个粒子．(3)核裂变：核裂变时铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核，并放出几个中子．(4)核聚变：轻核聚变时也会放出中子．针对训练1 以下说法正确的是( )A．聚变是裂变的逆反应B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C．聚变须将反应物加热至数百万开尔文以上的高温，显然是吸收能量D．裂变与聚变均可释放巨大的能量答案 D解析A选项从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无直接关联，并非互为逆反应；B选项既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反；C选项要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温提供能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量．因此，总的来说，聚变反应还是释放能量．二、聚变反应中释放核能的计算【例2】太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(1)写出这个核反应方程．(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(m p＝1.007 3 u，m He＝4.001 5 u，m e＝0.000 55 u)答案(1)411H→42He＋2 0＋1e (2)24.78 MeV(3)4.2×109 kg解析(1)核反应方程411H→42He＋02X，而02X只能是2个正电子．因此核反应方程应为411H→42He＋20＋1e. (2)反应前的质量m1＝4m p＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后m2＝m He＋2m e＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV.(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得每秒减少的质量Δm＝ΔEc 2＝3.8×10263×1082kg＝4.2×109 kg.针对训练2 一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H＝1.007 3 u，中子质量m n＝1.008 7 u，氚核质量m T＝3.018 0 u．求：(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？答案(1)11H＋210n―→31H(2)6.24 MeV (3)2.08 MeV解析(1)聚变方程11H＋210n―→31H.(2)质量亏损Δm＝m H＋2m n－m T＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u＝0.006 7 u，释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为6.243MeV＝2.08 MeV.三、粒子的分类和夸克模型1．粒子的分类分类参与的相互作用发现的粒子备注强子参与强相互作用质子、中子、介子、超子强子有内部结构，由“夸克”粒子构成的；强子又可分为介子和重子轻子不参与强相互作用电子、电子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子未发现内部结构媒介子传递各种相互作用光子、中间玻色子、胶子光子、玻色子、胶子分别传递电磁、弱、强相互作用2.夸克有6种，它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克，它们带的电荷分别为元电荷的＋23或－13.每种夸克都有对应的反夸克．【例3】已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷．π＋π－u d u d 带电量＋e－e＋23e －13e －23e ＋13e 下列说法正确的是A ．π＋由u 和d 组成 B ．π＋由d 和u 组成 C ．π－由u 和d 组成 D ．π－由d 和u 组成 答案 AD解析 根据电荷量关系可知，由于π＋介子带有＋e 的电荷量，又由于π＋介子是由一个夸克和一个反夸克组成，根据题意可知π＋介子(＋e)应由一个夸克u ⎝ ⎛⎭⎪⎫＋23e 和一个反夸克d ⎝ ⎛⎭⎪⎫＋13e 组成，A 正确；同理π－介子由夸克d 和反夸克u 组成，D 正确．故正确答案为A 、D.针对训练3 目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的．u 夸克带电荷量为23e ，d 夸克的带电荷量为－13e ，e 为元电荷，下列论断中可能正确的是( )A ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 答案 B解析 质子11H 带电荷量为2×23e ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－13e ＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2×⎝ ⎛⎭⎪⎫－13e ＝0.可见B 正确.对核聚变的理解1．科学家发现在月球上含有丰富的32He(氦3)，它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He ＋32He ―→211H ＋42He ，关于32He 聚变下列表述正确的是( ) A ．聚变反应不会释放能量 B ．聚变反应产生了新的原子核 C ．聚变反应没有质量亏损D ．目前核电站都采用32He 聚变反应发电 答案 B解析 核聚变反应中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，这是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电． 2．(多选)下列关于聚变的说法中，正确的是( ) A ．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B ．轻核聚变需要几百万开尔文的高温，因此聚变又叫做热核反应C ．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D ．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应，在地球内部也可以自发地进行 答案 ABC解析 轻核聚变时，要使轻核之间距离达到10－15m ，所以必须克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必须有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，实验证实，原子核必须处在几百万开尔文下才有这样的能量，这样高的温度通过利用原子弹爆炸获得，故B 、C 正确；在太阳和其他恒星内部都存在着热核反应，但在地球上不会自发地进行，D 错误． 核聚变释放核能的计算3．氘和氚发生聚变反应的核反应方程式是21H ＋31H→42He ＋10n ＋17.6 MeV ，若有2 g 氘和3 g 氚全部发生聚变，N A 为阿伏加德罗常数，则释放的能量是( ) A ．N A ×17.6 MeV B ．5N A ×17.6 MeV C ．2N A ×17.6 MeV D ．3N A ×17.6 MeV答案 A解析 由核反应方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV 能量和1个中子，则1 mol 的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol 氦核时释放的能量为ΔE ＝N A ×17.6 MeV.4．氘核(21H)和氚核(31H)结合成氦核(42He)的核反应方程如下：21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV (1)这个核反应称为________．(2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度加热到几百万开尔文．式中17.6 MeV 是核反应中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量________(填“增加”或“减少”)了________kg(保留一位有效数字)． 答案 (1)聚变 (2)放出 减少 3×10－29解析 在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核能，由ΔE＝Δmc 2，可以求得Δm＝ΔE c2＝3×10－29kg.(时间：60分钟) 题组一 核聚变1．下列关于热核反应是一种理想能源的原因的说法中不正确的是( ) A ．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多 B ．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理 C ．热核反应的原料在地球上储量丰富 D ．热核反应的速度容易控制 答案 D解析 受控热核反应的实际应用的技术尚不成熟，它的反应速度是不易控制的． 2．关于核能的利用，下列说法正确的是( ) A ．现在的核电站既有裂变反应堆也有聚变反应堆 B ．在地球上，人类还无法实现聚变反应C ．当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能答案 C解析现有核电站均为重核裂变反应释放能量，而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A、D错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术，但还不能实现大规模的受控核聚变，故B错误；由于地球上储备有大量的聚变原料，一旦实现受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C正确．3．(多选)2009年10月31日8时6分，中国科学界“两弹一星”巨星钱学森在北京逝世，享年98岁．人民群众深刻悼念这位有着“中国航天之父”称号的伟大科学家．下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是( )A.14 7N＋42He→178O＋11HB.235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010nC.238 92U→234 90Th＋42HeD.21H＋31H→42He＋10n答案BD解析“两弹”指原子弹和氢弹，它们的核反应属于重核的裂变与轻核的聚变，故应选B、D.4．(多选)关于聚变，以下说法中正确的是( )A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能答案BD解析两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量但不一定是中等质量的核，故A项错误．聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B项正确．裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15 m，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C错、D正确．5．关于核聚变，以下说法不正确的是( )A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核答案 B解析与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行．所以B项是不正确的．6．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源．当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，并放出能量．这几种反应的总效果可以表示为621H→k42He＋d11H＋210n＋43.15 MeV，则由守恒条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析由质量数守恒和电荷数守恒，分别有4k＋d＝10,2k＋d＝6，解得k＝2，d＝2.正确选项为B.题组二基本粒子7．K－介子衰变的方程为K－―→π－＋π0.其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电．如图1所示的1个K－介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为圆弧AP，衰变后产生的π－介子的轨迹为圆弧PB，两轨迹在P点相切，它们的半径R K－与Rπ－之比为2∶1.π0介子的轨迹未画出．由此可知π－的动量大小与π0的动量的大小之比为( )图1A．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6答案 C解析带电粒子K－与π－在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力Bqv＝mv2R得R＝mvBq＝pBq，K－介子与π－介子带电量相同，故运动的半径之比等于动量之比p K－∶pπ－＝R K－∶Rπ－＝2∶1在衰变后π－介子与π0介子动量方向相反，设K－介子的动量为正，则π－介子动量为负值，由动量守恒p K－＝－pπ－＋pπ0则pπ－∶pπ0＝1∶3故A、B、D错，C对．8．现在，科学家们正在设法寻找“反物质”，所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电量，但电荷的符号相反．据此，反α粒子为( )A.42HeB.－42HeC.－4－2HeD.4－2He答案 D解析这类问题在前两年的高考中经常出现．根据题目中的描述，结合α粒子的特点很容易选出正确选项为D.题组三粒子加速器9．(多选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图图2所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是( )图2A．离子由加速器的中心附近进入加速器B ．离子由加速器的边缘进入加速器C ．离子从磁场中获得能量D ．离子从电场中获得能量 答案 AD解析 回旋加速器的工作原理是使离子在两个D 形盒的缝隙中受电场力加速，在D 形盒的内部受洛伦兹力作匀速圆周运动，在磁场中所受的洛伦兹力不做功因此选项C 错、D 正确．随着加速次数的增加，离子的能量越来越大，速度越来越大，由r ＝mvqB 可知离子的圆周运动半径越来越大，最后从加速器的边缘飞出加速器，因此选项B 错、A 正确．10．1989年初，我国投入运行的高能粒子回旋加速器可以把电子的能量加速到2.8 GeV ；若改用直线加速器加速，设每级的加速电压为U ＝2.0×105V ，则需要几级加速？ 答案 1.4×104(级)解析 设经n 级加速，由neU ＝E k 有n ＝E k eU＝1.4×104(级)． 题组四 综合应用11．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( ) A.12[(m D －m p －m n )c 2－E] B.12[(m D ＋m n －m p )c 2＋E] C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E] D.12[(m D ＋m n －m p )c 2－E] 答案 C解析 因为轻核聚变时放出能量，质量亏损，所以氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线能量E 对应质量的增加和中子与质子动能的产生，即E ＝Δmc 2＋2E k ＝(m p ＋m n －m D )c 2＋3E k 得E k ＝12[E －(m p ＋m n －m D )c 2]＝12[(m D －m p －m n )c 2＋E]，故选C.12．如下一系列核反应是在恒星内部发生的： p ＋126C ―→137N137N ―→13 6C ＋e ＋＋μp ＋136C ―→147N p ＋147N ―→158O15 8O ―→15 7N ＋e ＋＋μp ＋157N ―→126C ＋α其中p 为质子，α为α粒子，e ＋为正电子，μ为一种中微子．已知质子的质量m p ＝1.672 648×10－27kg ，α粒子的质量m α＝6.644 929×10－27 kg ，正电子的质量m e ＝9.11×10－31kg ，中微子的质量可忽略不计．真空中的光速c＝3.00×108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量．答案3.95×10－12 J解析为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p―→α＋2e＋＋2μ.设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4m p c2＝mαc2＋2m e c2＋Q，代入数据可得Q＝3.95×10－12 J．高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
《核与粒子物理导论》课程教学大纲
该课程重点介绍实验观测到的核与粒子的基本特性，它们之间相互作用的基本规律；在核子的层次上讲解原子核的结构，在部分子的层次上讲解强子的结构。
使学生对当今人类探索物质结构的前沿有较好的认识。
要求学生对课程讲解的内容，尤其是基本的物理概念，能够理解并基本掌握，能够完成老师布置的作业。
课外要求学生多利用网络了解国际上与本课程相关的学术动态，参与相关的科学研究课题，培养科学研究能力。
三、先修课程高等数学、原子物理、量子力学、力学、电磁学、数学物理方法四、课程教学重、难点重点：核与粒子的基本性质、放射性和稳定性、衰变、原子核反应。
难点：相互作用、核结构、标准模型。
五、课程教学方法与教学手段六、课程教学内容绪论（2学时）第一章核与粒子的基本性质（5学时）1．教学内容（1）原子核的电荷；（2）质量和半径；（3）原子核的自旋；（4）原子核的磁矩；（5）原子核的电四极矩；（6）原子核的宇称；（7）原子核的统计性质；（8）原子核的同位旋；（9）夸克与轻子。
2．重、难点提示（1）原子核的自旋、磁矩和宇称；（2）原子核的电四极矩、同位旋、夸克和轻子。
第二章放射性和稳定性（5学时）1．教学内容（1）核与粒子的不稳定性;（2）放射性衰变的基本规律;（3）原子核的结合能。
2．重、难点提示（1）激发态和共振态的衰变；（2）原子核的液滴模型。
第三章相互作用( 4 学时)1．教学内容（1）强相互作用和弱相互作用;（2）核力及其基本性质。
2．重、难点提示（1）强相互作用；（2）核力的基本性质。
第四章衰变（4学时）1．教学内容（1）α衰变;（2）β衰变;（3）γ衰变;（4）选择定则。
2．重、难点提示（1）衰变的基本理论；（2）中微子的基本性质。
第五章核结构模型（4学时）1．教学内容（1）费米气体模型;（2）原子核的壳模型;（3）集体模型。
核物理与粒子物理导论课件12原子核的亚核子物理
自由轻子的质量列在表中。中微子的质量只是给出了上限， 不排斥其为0。尽管许多物理学家相信中微子有非0的质量， 但在实验上确定非常困难，原因是中微子既不参与强相互作 用，也不参与电磁相互作用，很难进行精确测量。
νe
< 8 eV/c2
e
0.51 MeV/c2
νμ
< 0.25 MeV/c2 μ
105.6 MeV/c2
ντ
<35 MeV/c2
τ
1776.9 ± 0.5
MeV/c2
传递相互作用的粒子(场粒子) :整数自旋，被称为规范玻色 子。
相互作用 引力作用 电磁作用 弱作用
强作用
相互作用和规范玻色子
作用于
规范玻色子
所有粒子
引力子（无质量、自旋2）
所有带电粒子
光子（无质量、自旋1）
夸克、轻子、电弱规 W±、Z0（重粒子也可分为三代：
Q
Li
⎜⎜⎝⎛νe e ⎟⎟⎠⎞
⎜⎜⎝⎛μν μ ⎟⎟⎠⎞
⎜⎜⎝⎛τν τ ⎟⎟⎠⎞
0 -e
1 1
代1
2
3
可以分别定义电轻子数Le、μ轻子数Lμ和τ轻子数 Lτ ，至今的实验观测表明它们各自守恒。
每一种轻子都对应一种反轻子(Q、Li反号） ，因此共有 12种轻子。
由夸克组成的重子数不为0的粒子称为重子，比如质子 （uud）和中子（udd）的B=1。
由夸克和反夸克组成的粒子B=0，称为介子。 实验观测到重子数是守恒的。
｛ 重子
强子（参与强相互作用） 介子
至今的实验表明，任何带色的粒子都不能是自由粒子，而 是被束缚在整体上无色的强子内部，这就是所谓的色禁闭或夸 克禁闭现象。正是这种现象，使夸克的组合方式受到许多限 制。也是由于夸克的禁闭，使得自由夸克质量的定义变得不明 确，我们到后面再来讨论这个问题。
大学十一年级物理学教案核物理学与粒子物理学实验
大学十一年级物理学教案核物理学与粒子物理学实验大学十一年级物理学教案：核物理学与粒子物理学实验一、实验目的本实验旨在通过实践操作，让学生深入了解核物理学与粒子物理学的基本概念、原理和实验方法，培养学生科学实验的能力和科学思维。
二、实验器材与材料1. 加速器装置2. 核反应堆3. 探测器4. 核材料样品5. 电子学模块6. 计算机及数据处理软件三、实验内容与步骤本实验分为以下几个部分，学生需要按照以下步骤进行实验操作：实验一：核物理学基础实验1. 熟悉并掌握实验器材的使用方法和注意事项。
2. 制备实验所需的核材料样品。
3. 通过自组实验装置进行质子轰击靶核的实验，观察和记录核反应产物发射的粒子种类和能量。
4. 利用电子学模块对实验结果进行测量和分析，得出相应的物理参数。
5. 结合计算机及数据处理软件，对实验数据进行处理和分析，得出实验结果并进行讨论。
实验二：粒子物理学基础实验1. 熟悉并掌握实验器材的使用方法和注意事项。
2. 利用加速器装置对粒子进行加速，将其与物质发生相互作用，观察和记录产生的粒子反应。
3. 利用探测器对实验产生的粒子进行探测和测量，得出相应的物理参数。
4. 结合电子学模块对实验结果进行测量和分析，得出实验结果。
5. 利用计算机及数据处理软件对实验数据进行处理和分析，得出实验结果并进行讨论。
四、实验结果分析与讨论学生需要综合实验数据及理论知识，进行以下内容的分析与讨论：1. 核物理学实验中，质子轰击靶核的实验结果是否与理论预期符合？如果不符合，可能存在哪些因素导致偏差？2. 粒子物理学实验中，粒子加速与物质相互作用的实验结果对于理论模型的验证有何意义？3. 核物理学与粒子物理学在实验中的应用领域有哪些？它们的研究对于现代科学技术的发展有何重要意义？五、实验总结与思考学生需要从本次实验中总结出以下几个方面的内容：1. 通过本次实验，你对核物理学与粒子物理学有了更深入的了解吗？实验是否对你的学习有所帮助？2. 在实验中，你遇到了哪些困难和问题？是如何解决的？3. 如何进一步拓展和应用核物理学与粒子物理学的知识，并将其与其他学科进行有机结合？六、实验安全注意事项1. 在实验中要严格遵守实验室安全规定，做好个人防护工作。
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《核物理和粒子物理导论》课程教学大纲
一、课程基本信息
1、课程代码：PH337
2、课程名称（中文）：核物理与粒子物理导论
课程名称（英文）：An Introduction to Nuclear and Particle Physics
3、学时/学分：48/3
4、先修课程：基础力学、电磁学、高等数学、数学物理方法、原子物理学
5、面向对象：物理系三年级或同等基础各专业学生
6、开课院（系）、教研室：物理与天文系粒子与核物理研究所
7、教材、教学参考书：
教材：
低能及中高能原子核物理学，程檀生钟毓澍编著，北京大学出版社，1997。
参考书：
a.Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics (2nd Edition),
(World Scientific, New Jersey, 2003)
b.Particle Physics, by Nai-Sen Zhang (Science Press, 1986) (《粒子物理学》，章
乃森著，科学出版社，1986)
二、课程性质和任务
本课程教学目的是使学生掌握核物理与粒子物理的基本概念，了解核物理与粒子物理的一些最新发展动向。
本课程属专业选修课程，适用物理系三年级或以上各专业学生。
在整个课程讲解之中，强调基本的物理概念，并将随时插入目前国际上相关领域的研究进展和前沿问题，以使学生通过本课程的学习，对核物理与粒子物理相关的研究领域现状有一个了解。
三、教学内容和基本要求
第一章：概述
1）物质的结构层次
2）核物理与粒子物理的发展简史
3）自然单位
第二章：原子核的基本性质
1）综述
2）原子核的组成及稳定性
3）原子核的大小及密度分布
4）原子核的自旋和宇称
5）原子核的结合能
第三章：原子核的结构和衰变
1）费米气体模型
2）壳模型
3）集体模型
4）放射性核的衰变的一般规律
5）α衰变
6）β衰变
7）γ衰变
第四章：原子核的反应
1）综述：核力简介
2）反应截面
3）光学模型
4）复合核模型
5）直接反应
6）核的裂变和聚变
7）重离子反应
第五章：极端条件下的原子核物理
1）综述
2）热核
3）远离β稳定线核
4）超重元素
5）高自旋态及(巨)超形变核
6）超核物理简介
第六章：强子的基本性质
1）粒子物理发展概述
2）自然界中的基本相互作用
3）粒子的分类
4）对称性和守恒定律
第七章：量子色动力学简介
1）夸克和胶子的颜色自由度
2）渐进自由
3）色禁闭
4）手征对称
5）格点QCD
第八章：强子结构模型
1）强子的夸克模型
2）强子的夸克势模型
3）强子的口袋模型
第九章：标准模型简介(2h)
1）Yang-Mills规范场
2）标准模型中的相互作用
3）标准模型中的粒子
第十章：高能碰撞器物理选讲(2h)
1）加速器和探测器
2）RHIC物理
3）LHC物理
对课程讲解的内容，尤其是基本的物理概念，要求能够理解并基本掌握，能够完成老师布置的作业。
四、实验（上机）内容和基本要求
到目前为止尚无专门为核物理与粒子物理导论课程设置实验。
有些内容可以结合近代物理实验课程，加深对物理基本概念的理解。
五、对学生能力培养的要求
对课程讲解的内容，尤其十几本的物理概念，要求能够理解并基本掌握，能够完成老师布置的作业。
课外要求学生多利用因特网了解国际上与本课程相关的学术动态，并多参加相关的学术报告，参与相关的科学研究课题，培养独立研究能力。
六、其它说明
1、课程教学网站：
教学参考网站:
2、基于学业规范的要求（道德行为规范、作业规范、实验规范等）。
●应遵守学校《上海交通大学学生手册（本科生）》里有关学术诚实的条
例
●按时完成作业。
3、考试成绩除了笔试外，还包括平时的作业和讨论。
撰写人：陈列文院（系）公章：院（系）教学主管签字（盖章）：×××时间：。