大学物理第18章原子核物理与粒子物理简介.ppt
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17原子核和基本粒子PPT课件
15
历史回顾重要事件
• 1958：我国建成第一座重水型原子反应堆; • 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； • 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； • 1969：我国首次成功地下核实验； • 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； • 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； • 1991：秦山核电站发电成功;
3
学习与思考
学而不思则罔， 思而不学则殆。
孔子 《论语·为政》
4
历史回顾重要人物
• H.Becquerel, 法国物理学家 （1852-1908），1903年获 得诺贝尔奖。发现了铀(U) 放射现象，这是人类历史上 第一次在实验室里观察到原 子核现象。
5
历史回顾重要人物
• M.Curie，法国物理学家（ 1867-1934），波兰人，1903 年获得诺贝尔奖。发现钋 (Po)和镭(Ra); 她的女儿 (I.Joliot-Curie, 1897-1956)和 女婿(F. Joliot-Curie, 19001958)因发现人工放射性获 1934年诺贝尔奖。
用a 粒子轰击金箔的实
验中，发现有大约八千 分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸 上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心 R10-12cm的范围内。
8
历史回顾重要人物
• J.Chadwick，英国物 理学家(1891-1974)， 1935年因发现了中子 获得诺贝尔奖。中子 的发现被认为是原子 核物理的诞生。
18
历史回顾原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 19
17-1 原子核的基本性质 一、原子核电荷、质量和密度
1、原子核的质量数和电荷数 原子核由质子和中子组成。
历史回顾重要事件
• 1958：我国建成第一座重水型原子反应堆; • 1964：我国第一颗原子弹试爆成功； • 1967：我国第一颗氢弹试爆成功； • 1969：我国首次成功地下核实验； • 1984：我国受控热核聚变实验装置顺利启动； • 1988：北京正负电子对撞机首次对撞成功； • 1991：秦山核电站发电成功;
3
学习与思考
学而不思则罔， 思而不学则殆。
孔子 《论语·为政》
4
历史回顾重要人物
• H.Becquerel, 法国物理学家 （1852-1908），1903年获 得诺贝尔奖。发现了铀(U) 放射现象，这是人类历史上 第一次在实验室里观察到原 子核现象。
5
历史回顾重要人物
• M.Curie，法国物理学家（ 1867-1934），波兰人，1903 年获得诺贝尔奖。发现钋 (Po)和镭(Ra); 她的女儿 (I.Joliot-Curie, 1897-1956)和 女婿(F. Joliot-Curie, 19001958)因发现人工放射性获 1934年诺贝尔奖。
用a 粒子轰击金箔的实
验中，发现有大约八千 分之一的几率被反射。 Rutherford说：“就像一枚15英寸的炮弹打在一张纸 上又被反射回来一样”。 Rutherford认为：正电荷和原子质量集中在原子中心 R10-12cm的范围内。
8
历史回顾重要人物
• J.Chadwick，英国物 理学家(1891-1974)， 1935年因发现了中子 获得诺贝尔奖。中子 的发现被认为是原子 核物理的诞生。
18
历史回顾原子弹
中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 19
17-1 原子核的基本性质 一、原子核电荷、质量和密度
1、原子核的质量数和电荷数 原子核由质子和中子组成。
优选原子核与粒子物理
放射性活度的单位为Bq(贝克)，1Bq=1次衰变/秒
1居里(Ci)= 3.7 1010 次衰变/秒= 3.7 1010 Bq
(2). 半衰期 核衰变到原来数目一半时所需时间称半衰期
N 1 eT N0 2
T ln 2 0.693
例如：
P 212
34 o
T
0.3107 秒； 238U 92
T
4.5 109 年
(3)．平均寿命
一个原子核在衰变前存在的时间叫寿命，所有 原子核寿命的平均值称为平均寿命。
t t dt内有-dN个核衰变，其寿命为t
(ii)短程性
核力的强度比库仑力大一百倍
0.8 fm r 2 fm 吸引力
r 0.8 fm 斥力
r 10 fm
基本消失
0.8 fm r 2 fm 有一点认识
r 0.8 fm 认识还很差
r 2 fm 核力较清楚
(iii) 电荷无关性和饱和性
Fpp Fnn Fpn
实验表明每个核子只与它相邻 的几个 核子有相互作用。
原子核的符号表示：AZXN ， A=N+Z 为核子数
（i） Z相同N不同的核素称为同位素
（ii） N相同Z不同的核素称为中子异核素
（iii） A相同Z不同的核素称为同量异位素 中子和质子统称为核子,可理解为核子的两个不同状态。
5.原子核的自旋和磁矩
核自旋 PI PI I (I 1) 量子数可以是整数或半整数
-dN个核的总寿命为-tdN Ntdt
N
个核的总寿命为
0
Ntdt
0
平均寿命 t(dN ) 0 Ntdt = 1
(dN )
N0
例1：某核的衰变常数为 2.097 106 s1，试求它的半衰期和平均
高考一轮物理总复习第章《原子与原子核》章末总结ppt课件
2.关于核反应 原子核的变化叫核反应，常见的核反应有：衰变、 人工转变、裂变和聚变等几种类型.不论是哪种类型的 核反应，都遵守质量数守恒和电荷数守恒，这是写核 反应方程的重要依据.但是，写核反应方程时，应以实 验事实为依据，而不能仅仅根据这两个守恒随意去写 实际上不存在的核反应. 需要特别注意的是，核反应通常是不可逆的，方 程中只能用箭头符号“→”来连接，并指示反应的方 向，而不能用“＝”连接核反应方程. 核反应过程通常伴有巨大的能量转化.释放核能 的主要途径有：重核的裂变和轻核的聚变.
D.改用频率大于 ν 的光照射，光电子的最大初动 能变大
【解析】增大入射光强度，单位时间内照射到单 位面积的光电子数增加，则光电流将增大，故选项 A 正确；光电效应是否发生取决于照射光的频率，而与 照射强度无关，故选项 B 错误.用频率为 ν 的光照射光 电管阴极，发生光电效应，用频率较小的光照射时， 若光的频率仍大于极限频率，则仍会发生光电效应， 选项 C 错误；根据 hν－W 逸＝12mv2 可知，增加照射光 频率，光电子的最大初动能也增大，故选项 D 正确.
【答案】ABC
4.(2014 北京)质子、中子和氘核的质量分别为 m1、 m2 和 m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放 的能量是(c 表示真空中的光速)( )
A.(m1＋m2－m3)c B.(m1－m2－m3)c C.(m1＋m2－m3)c2 D.(m1－m2－m3)c2
【解析】本题考查质能方程，对于Δm 的计算是 关键.
1.对原子核的认识 认识原子当中有个核是从α粒子散射实验开始的，卢 瑟福从α粒子散射现象中提出了原子的核式结构学说，指 出在原子中存在一个很小的核；卢瑟福利用α粒子轰击氮 核得到了质子，查德威克用实验证实在原子核中除了质子 外，还有中子，从而确定了原子核是由质子和中子组成的； 天然放射现象的发现又说明了原子核也有复杂的结构，而 且原子核还能够按照一定的规律发生变化.
2024版年度《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
原子物理学PPT课件
这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是
这些谐振子只可能处于某些分立的状态中，
谐振子的能量并不象经典物理学所允许的
可具有任意值。
黑体内的驻波
Planck假设：振子振动的能量是不连
续的，只能取最小能量ε0 的整数倍 ε0, 2ε0, 3ε0, …, nε0, 即 E =nε=nhv ， 其 中
n=1，2，3…称为量子数，式中h为一个
e
e +
能量辐射损失
4
原子稳定性困难(续)
r
核 离心力与库仑力平衡 式
me
v2 r
Ze2
4 0r2
模 角动量 型
L mevr
的 困 难
经典电动力学，单 位时间内辐射能量
P
2 3
1
4 0
e2 c3
a2
2 ( 1 )7
3 4 0
e2 c3
me2
(Ze2 )6 L8
动能耗尽
P
1 2
mev2
电子加速运动辐射电磁波，能量不断损失，电子回转半径
瞬时性问题 按经典理论，电子逸出金属所需的能量，需要有
一定的时间来积累，一直积累到足以使电子逸出金属
表面为止.与实验结果不符 .经典的驰豫时间50min，
光电效应的不超过1ns
27
二 光子 爱因斯坦方程
（1） “光量子”假设 光子的能量为 h
（2） 解释实验
爱因斯坦方程 h 1 mv2 W
2
31
光源
分光器
记录仪
棱镜摄谱仪示意图
32
（三）光谱的类别
光谱分类
线状谱 带状谱
连续谱
原子谱. 如:钠灯 分子谱
固体.如:白炽灯
最新届高考物理第一轮考点总复习课件——原子核与放射性、核能、波与粒子教学讲义ppt
量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV.
• (3)能的转化和守恒定律.
(2011·海南卷)2011 年 3 月 11 日，日本发生九级大地震，造
成福岛核电站的核泄漏事故．在泄露的污染物中含有 131I 和 137Cs
2013届高考物理第一轮考 点总复习课件——原子核 与放射性、核能、波与粒
子
• 一、天然放射现象
• 1.天然放射现象：某些元素 自发放地射某 些射线的现象称为天然放射现象，这些元 素称放射性元素 .
• 2.三种射线的本质：α射线是 氦，核β流射 线是 电子，流γ射线是 光子. 流
• 二、原子核的新衰核变
• B.原子核每放出一个α粒子，原子序 数增加4
• C.原子核每放出一个β粒子，原子序 数减少1
• D.原子核每放出一个β粒子，原子序 数增加1
解析：由于a粒子是氦的原子核，内部有2个 质子和2个中子，原子序数为2，核子数为4.而b粒 子是电子，质子数和中子数为0，原子序数为0， 所以，原子核每放出一个a粒子，被a粒子带走2个 质子，原子序数减少2, 而原子核每放出一个b粒子， 原子核内将有一个中子转化为一个质子并产生一 个电子，产生的电子放出了，但原子核内增加了 一个质子，原子序数增加1，正确答案为D.
有入射光的频率ν ν0时，才能产生光电 效应.
无关
• (2)光增电大子的最大初动能与入射光的强
度
，只随着入射光的频率增大
而
.
• (3)入射光照到金属上时，光电子的发射几 乎是瞬时的，一般不超过10-9s.
• (4)在发生光电效应时，光电流的强度与入 射光的强度成正比.
• 五、康普顿效应
• X射线散射时，部分散射光的波长变长，波 长改变的多少与散射角有关，这种现象称 为康普顿效应.
大学物理原子及微观粒子性质知识讲稿教程文件
不确定性原理
不确定性原理是量子力学的一个重要原理，它指出我们无法同时精确测量微观粒子的位 置和动量。具体来说，测量一个粒子的位置会对其动量产生不确定性，反之亦然。
不确定性原理是由德国物理学家海森堡于1927年提出的，它限制了我们对微观世界的认 识能力，是理解量子力学奇异性质的重要概念之一。
量子力学的应用
量子力学在许多领域都有广泛的应用， 如电子学、化学、材料科学、信息科 学等。例如，超导电性、半导体器件、 磁性材料等领域的研究和应用都离不 开量子力学的理论指导。
VS
量子计算机是近年来量子力学应用的 一个新兴领域，它利用量子比特代替 经典计算机中的比特进行信息处理， 具有更强的计算能力和更快的运算速 度。
大学物理原子及微观粒子 性质知识讲稿教程文件
• 原子结构与性质 • 微观粒子简介 • 波粒二象性 • 量子力学基础 • 原子及微观粒子的应用
目录
Part
01
原子结构与性质
原子的构成
原子由原子核和核外电子 组成，其中原子核由质子 和中子组成。
原子核位于原子的中心， 而电子则在核外空间绕核 旋转。
半导体技术
电子器件
半导体材料可用于制造晶体管、集成电路、微处理器 等电子器件。
光伏发电
利用半导体的光电效应，将光能转化为电能，是太阳 能光伏发电的核心技术。
传感器与探测器
半导体材料可用于制造各种传感器和探测器，如温度、 压力、气体等传感器。
量子计算机与量子通信
量子计算机
利用量子力学的叠加和纠缠原理进行 计算，具有超强的并行计算能力和处
03
物质波的概念在科学研究中有广泛的应用，如晶体衍射、中子
干涉测量等。
光的波粒二象性
原子核及基本粒子简介PPT课件
负脉冲的平均频率
I
n1 n2
I0
正比于放射性活度 （I0 标准物放射性活度。）
第13页，共18页。
§12.3 放射生物物理学简介
电离辐射可产生多种生物学作用,例:
促使细胞分裂和生长
治疗或导致肿瘤 诱发遗传变异
消灭病虫害和疾病诊断等
一.电离辐射的直接作用和间接作用
直接作用: 损伤生物体内某一特殊的生物结构体(如DNA) 间接作用: 通过内部传递或能量释放引起其它生物结构损伤.
A Z
X
ei Z A1Y
v
例：
V 47
23
ek
4272Ti
v
第9页，共18页。
3. 衰变 衰变是原子核进行能级跃迁时放出的光子流或电磁辐射。
说明
衰变总是伴随着、衰变。
衰变只涉及到原子核各能级间的跃迁，原子核的质量和电荷都不发生变
化。
N
三. 放射性衰变规律
N0
1. 指数衰变率：
设d t 时间内有d N个原子发生衰变，则：
生物机体效应阶段 :产生宏观的生物体效应.
( 数秒 若干年 )
三.辐射生物学效应的特点
不存在阀植剂量
辐射能量高效率
第15页，共18页。
四.放射剂量
照射剂量
X dQ dm
(X单位:伦琴.符号:R)
吸收剂量
D dE (D单位:格雷.符号:Gy)
dm
相对生物效应
RBE
产生一定生物效应的X射线的吸收剂量 产生相同生物效应的其他射线的吸收剂量
氢弹爆炸
二. 原子核的衰变
实验发现，各种放射性元素放出的射线包括三种不同的射线，分 别命名为： 、、 射线。放射出这三种射线的过程称为衰变。
《原子物理学》PPT课件
R
40 2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
15
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m v02
1 2
m v12
1 2
meve2
2
28
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3)
• 空心圆锥体的立体角 ~ d
ds 2 r sin rd ;
d
ds r2
2
sin d
2 b | db
A
|
a2d 16 Asin4
2
29
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环;
• 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn • 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp(
)
16
a2d
4
Asin
nAt
2
30
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
• N个粒子打在薄箔上测量到 ~ -d 的粒子数
dN
N a2d 16 A sin 4
nAt
ntN
1
4 0
Z1Z2e2 4E
2
d
sin4
2
2
• 微分截面(卢瑟福公式)
–重复散射也不会产生大角度
• 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向 特别不会稳定地朝某一方向散射
–汤姆逊原子模型与实验不符!
18
40 2Z 1.44fmMeV/0.1nm 3105 Z rad
E (MeV)
E
15
1-2-3 解释 粒子散射实验(4)
• 带正电物质散射（汤氏模型）(4)
–电子对α粒子的偏转的贡献（对头撞）(1)
动量、动能守恒
m v0 m v1 meve ,
1 2
m v02
1 2
m v12
1 2
meve2
2
28
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (3)
• 空心圆锥体的立体角 ~ d
ds 2 r sin rd ;
d
ds r2
2
sin d
2 b | db
A
|
a2d 16 Asin4
2
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1-3-2 卢瑟福公式的推导 (4)
• 薄箔内有许多环: 核 ~ 环;
• 薄箔体积: At; 薄箔环数: Atn • 粒子打在Atn环上,散射角 相同
• 一个粒子打在薄箔
上被散射到 ~ -d
的几率
dp(
)
16
a2d
4
Asin
nAt
2
30
1-3-2 卢瑟福公式的推导 (5)
• N个粒子打在薄箔上测量到 ~ -d 的粒子数
dN
N a2d 16 A sin 4
nAt
ntN
1
4 0
Z1Z2e2 4E
2
d
sin4
2
2
• 微分截面(卢瑟福公式)
–重复散射也不会产生大角度
• 重复散射为随机, 平均之后不会朝一个方向 特别不会稳定地朝某一方向散射
–汤姆逊原子模型与实验不符!
18
原子物理学 .ppt
7
• 由气体动理论知，1 mol 原子物质含有的原子数是
（阿伏伽德罗常数） • 因此可由原子的相对质量求出原子的质量,如最轻的氢
原子质量约为 1.671027 kg • 可估计出原子的半径是0.1nm(1010 m)量级。(这些是
其外部特征)
深层的问题：
原子的组分？ 原子的结构？ 原子的内部运动？ 原子各组分间的相互作用?
2
课程说明
• 原子物理学是20世纪初开始形成的一门学科，主要研究 物质结构的“原子”层次。原子物理学的发展导致量子 理论的发展，而量子力学又使原子物理学得以完善。
• 本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大 多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
• 本课程原则上采用SI单位制，同时在计算中广泛采用复
8
1.电子的发现
1833 年
1874 年1879 年 1881 年1897 年
1899 1年909 年
法拉弟电解定律：析出物质量正比于电解液电量 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数）F
斯通尼（英）提出电荷的最小单位 e F NA
克鲁克斯(英)以实验说明阴极射线是带电粒子， 为电子的发现奠定基础 斯通尼命名电量子为电子
高真空放电管中的阴极 射线经狭缝约束后成一窄 束,窄束射线通过电场和磁 场后到达荧屏。从其偏转 判断所受电场力和磁场力, 从而算得电子的荷质比。
10
与真理“擦肩而过”的人们
• 在汤姆逊之前，赫兹（德）做的类似实验未发现 射线偏转（因高真空不易实现），误认为阴极射 线不带电。
• 休斯脱做过氢放电管中阴极射线偏转的研究，得 出阴极射线粒子的荷质比为氢离子的千倍以上， 但自己认为此结果是荒谬的，他认为射线粒子应 比氢原子大。
• 由气体动理论知，1 mol 原子物质含有的原子数是
（阿伏伽德罗常数） • 因此可由原子的相对质量求出原子的质量,如最轻的氢
原子质量约为 1.671027 kg • 可估计出原子的半径是0.1nm(1010 m)量级。(这些是
其外部特征)
深层的问题：
原子的组分？ 原子的结构？ 原子的内部运动？ 原子各组分间的相互作用?
2
课程说明
• 原子物理学是20世纪初开始形成的一门学科，主要研究 物质结构的“原子”层次。原子物理学的发展导致量子 理论的发展，而量子力学又使原子物理学得以完善。
• 本课程注重智能方面的培养，力求讲清基本概念，而大 多数问题需经学生通过阅读思考去掌握。
• 本课程原则上采用SI单位制，同时在计算中广泛采用复
8
1.电子的发现
1833 年
1874 年1879 年 1881 年1897 年
1899 1年909 年
法拉弟电解定律：析出物质量正比于电解液电量 1mol一价离子所带电量为常数（法拉第常数）F
斯通尼（英）提出电荷的最小单位 e F NA
克鲁克斯(英)以实验说明阴极射线是带电粒子， 为电子的发现奠定基础 斯通尼命名电量子为电子
高真空放电管中的阴极 射线经狭缝约束后成一窄 束,窄束射线通过电场和磁 场后到达荧屏。从其偏转 判断所受电场力和磁场力, 从而算得电子的荷质比。
10
与真理“擦肩而过”的人们
• 在汤姆逊之前，赫兹（德）做的类似实验未发现 射线偏转（因高真空不易实现），误认为阴极射 线不带电。
• 休斯脱做过氢放电管中阴极射线偏转的研究，得 出阴极射线粒子的荷质比为氢离子的千倍以上， 但自己认为此结果是荒谬的，他认为射线粒子应 比氢原子大。
第十六章原子核物理与基本粒子简介ppt课件
四个常见的重要轻核聚变反应
2 1
H
21H23
He
01n
3.25MeV
2 1
H
2 1
H31
H11H
4.0MeV
2 1
H
31H
4 2
He
1 0
n
17.6MeV
2 1
H
3 2
He42
He11H
18.3MeV
以上四个反应的总效果是
说明
621H 242 He 211H 201n 43.15MeV
(1) 1kg 的氘核聚变时，放出的能量是 1 kg 铀裂变时放出能
++
四、强子结构的夸克模型
强子结构夸克模型 (1964年 )
重子 介子
三个夸克组成 夸克和反夸克组成
下夸克 d 上夸克 u 奇夸克 s 粲夸克 c 底夸克 b 顶夸克 t
夸克
质量
电荷 e
自 旋
重 同 同位 子 位 旋分 数旋 量
奇 异 数
超荷
粲底顶 数数数
d 下夸克 0.008 -1/3 u 上夸克 0.004 2/3
独立地在一个静止的平均势场中运动的假设过于简化。 3. 集体模型
在50年代初，丹麦物理学家玻尔等人提出了在考虑单粒子 独立运动的同时，还必须考虑原子核发生转动和振动等集 体运动的新模型 —— 集体模型，或称为综合模型。
16.3 原子核的结合能 裂变和聚变
一、原子核的结合能
1. 原子核质量亏损 原子核质量小于组成核的所有核子静止质量之和，二
时释放出极大能量。
例
235 92
U
吸收一个中子，一个可能的反应过程
235 92
培训“原子及原子核”MicrosoftPowerPoint
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4、原子核的人工转变
中子的发现：
粒子轰击铍原子核（1934年，查德威克的研究）
中子能穿透几厘米百的铅板
培训“原子及原子核的人工转变
(1)放射性的同位素的发现：
1934年，约里奥·居里夫妇的研究
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5、原子核的组成
原子核组成的假说
原子核是由质子、中子组成的，它们统称为核子 核子数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）
原子核的表示
核子数——质量数、原子量
元素符号
质子数——电荷数、原子序数
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演示实验的分析
（05年）3B．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒 子流，这些微观粒子是_____电__子________。若在如图所示的阴极射线 管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将_____下____（填“向 上”、“向下”、“向外”）偏转。
阴极射线的性质，洛伦滋力
（05年）6．2005年被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯
裂变后：
反应过程中质量减少△m=0.2153u，反培训应“原中子及释原子放的能量
核”MicrosoftPowerPoint
3、链式反应：
n
铀核裂变时，同时放出
2~3个中子，如果这些中子再
引起其它铀核裂变，就可使裂
变反应不断地进行下去。这种
反应叫做链式反应。
n
铀块的体积对于产生链式
反应也是重要因素。能够发生
培训“原子及原子 核”MicrosoftPowerPoint
（04年）1．下列说法中正确的是 ( AD ) A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B．光的频率越大，波长越大 C．光的波长越大，光子的能量越大 D．光在真空中的传播速度为3.00×108m/s
4、原子核的人工转变
中子的发现：
粒子轰击铍原子核（1934年，查德威克的研究）
中子能穿透几厘米百的铅板
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(1)放射性的同位素的发现：
1934年，约里奥·居里夫妇的研究
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5、原子核的组成
原子核组成的假说
原子核是由质子、中子组成的，它们统称为核子 核子数（A）＝质子数（Z）＋中子数（N）
原子核的表示
核子数——质量数、原子量
元素符号
质子数——电荷数、原子序数
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演示实验的分析
（05年）3B．阴极射线是从阴极射线管的阴极发出的高速运动的粒 子流，这些微观粒子是_____电__子________。若在如图所示的阴极射线 管中部加上垂直于纸面向里的磁场，阴极射线将_____下____（填“向 上”、“向下”、“向外”）偏转。
阴极射线的性质，洛伦滋力
（05年）6．2005年被联合国定为“世界物理年”，以表彰爱因斯
裂变后：
反应过程中质量减少△m=0.2153u，反培训应“原中子及释原子放的能量
核”MicrosoftPowerPoint
3、链式反应：
n
铀核裂变时，同时放出
2~3个中子，如果这些中子再
引起其它铀核裂变，就可使裂
变反应不断地进行下去。这种
反应叫做链式反应。
n
铀块的体积对于产生链式
反应也是重要因素。能够发生
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（04年）1．下列说法中正确的是 ( AD ) A．光的干涉和衍射现象说明光具有波动性 B．光的频率越大，波长越大 C．光的波长越大，光子的能量越大 D．光在真空中的传播速度为3.00×108m/s
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Q
式中X表示衰变前的母核，Y表示衰变后的子核， Q表示衰变能，衰变能被子核和粒子共同分得 。
12
例 94Be 原子质量是9.0121858u，其原核是4个质 子和5个中子构成的． 解: 9个粒子的质量
1.0078252×4+1.0086654×5=9.0746278u 4个质子用氢原子的质量，包括了4个电子的质 量． 质量差数是 9.07463 - 9.01219 =0.06244u
1u质量单位结合能 为931.5MeV, 94Be结合能为58MeV
左上角带m的表示处于激发态的原子核
同量异位素：原子序数Z不同但质量数A相同的核素
例： 4018Ar， 4020Ca
核素的稳定性 Z<20的轻核, Z=N, 核素比较稳定. 因为中子和质
子都是费米子,必须符合泡利原理, Z=N时能量最低. 随着Z的增加，稳定线逐渐向N>Z的方向偏移， 中子数或质子数过多或偏少的核素是不稳定的.
1
R r0 A3
A是原子核的质量数； r0= 1.1～1.3×10-15米 • 原子核的密度M VM4 3
R
3
M
4 3
r03 A
3
4r03
A M
3
4r03 N
可以证明 N=A／M 等于阿伏伽德罗常数。 可见各种原子核的密度是相同的。
≈1017千克／米3=1014吨／米3．
5
二、放射性同位素和核素
第18章 原子核物理与粒子物理简介
§18.1 §18.2 §18.3 §18.4 §18.5
原子核的一般性质 原子核的放射性衰变 核衰变规律 原子核的裂变与聚变 粒子物理简介
原子核物理学是研究原子核特性、结构和 变化等问题的一门科学.
一方面是对原子核的结构、核力、核反应等问 题的研究，这些是涉及物质结构的基本问题的．
结合能B一般是(Z,A)的函数。
核子的平均结合能(比结合能)
DE
E
A
10
11
(1)在中等质量数(A=30~120)的原子核中平均结合能 较大, 在8.6MeV上下， 56Fe核到达极大, e=8.79MeV, 结合最紧密. 轻核和重核的较小.
因此,获得核能的途径有两个： 重核裂变和轻核聚变
(2)中等核平均结合能变化不大，原子核的结合能B差 不多与质量数A成正比．显示了核力的饱和性。 (3) A<30的轻核，平均结合能显出随A值有周期性变 化，e最大值落在A等于4(2质子，2中子)的倍数上， 显示这样的结构比较稳定.
海森伯和伊凡宁柯(Иваненко)独立地提出原子 核是由质子和中子组成
质子和中子,海森伯称它们为核子,并把质子和中子 看作核子具有不同同位旋的两个状态.
质子和中子的质量用原子质量单位量度时,自由质 子和自由中子分别为.
3
mp=1.00727661u mn=1.0086654u
1961年确定，采用 126C 作为标准 原子质量单位1u(unit)定义为一个碳原子质量的1/12
7
核素图:
缺中子区 Z=N
丰中子区 核素稳定区
8
核素图:
9
三、原子核的结合能
原子核的质量小于自由状态的单个核子质量的和 mA <Zmp+Nmn
由质能关系 E=mc2
核子在组成原子核的过程中，由于质量减少而放出 相应的能量，称为原子核的结合能．
结合能
DE=Dmc2
D m称为质量亏损
ΔE＝(Zmp＋Nmn－mA)c2
15
一. α 衰变
放射性核素的原子核放射出 射线而变为另一种核 素的现象称为衰变
1. α 射线 氦核( 24He)粒子流，带+2e电荷 能量： 5MeV～9MeV 速度： 1.6×109～2.2×109 cm/s 空气中的射程： 3～10 cm 电离本领强，穿透本领弱
A z
X
Y A4
z2
24He
14
§18.2 原子核的放射性衰变
核素分为:稳定性核素和放射性核素 放射性核素有: 天然放射性核素 人工放射性核素
原子核的衰变:放射性核素发出某种射线而转变为 另一种核素的现象.
核衰变可分为衰变、 衰变和衰变. 特点
1.放射性原子核衰变是一个统计过程； 2.核衰变过程严格遵守质量守恒、能量守恒、动 量守恒、核子数守恒和电荷守恒等基本定律； 3.与其组成的原子的化学和物理状态无关。
另一个方面是原子能和放射性的应用．
粒子物理的研究内容主要有两个方面： 一是粒子的内部结构； 一是粒子间的相互作用、运动和变化规律。
2
§18.1 原子核的一般性质
一、原子核的组成
1911年卢瑟福提出原子的核式模型。 1919年卢瑟福首次实现人工核反应，用粒子从氮 核打出质子。 1932年英国物理学查德威克(S. J. Chadwick )发现 中子。
1u＝1.660 5402×10－27 kg
1.质量数 原子核的质量数(mass number)就是原子核内质
子和中子的总数，用A表示
A=Z+N
2. 核电荷
原子核带正电：Ze
核素的符号 AZXN 表示，实际上简写为 AZX,
或 AX
11H ,21H, 42He
4
3.核半径 实验表明原子核的半径约10-15米． • 原子核的半径同质量数A有关系；
同位素: 质子数Z相同而质量数A不同的元素的原 子称为该元素的同位素
11H ,21H, 31H是H的三种同位素
核结构不稳定的，能自发地放出射线的同位素， 称为放射性同位素.
6
同质异能素: 原子序数Z和质量数A都相同的原子核 而处于不同的能量状态，那些处于激发态、寿命又 较长的核素。
如：9943mTc和9943Tc ， 21083mBi和21083Bi
1896年3月，法国物理学家贝克勒尔(A. H. Becquerel ) 在用铀U盐样品进行实验时发现U能发出一种辐射， 这种辐射是从U原子核中自发地发射出来的．原子核 的这种性质被称为放射性． 这是人类第一次在实验 室里观察到了原子核的天然放射性现象。
核 素: 原子序数Z、中子数N、质量数A都相同的 一类原子称为某种核素 .
13
四、核力
原子核由核子构成，核 子之间的强吸引作用力 称为核力 核力的基本性质 1.核力是短程力．
表明作用力程很小,约为～10-15 m 2. 核力是强作用力
比电磁相互作用约大2—3个数量级 3.核力与电荷无关性
把质子间库仑作用影响扣除后 Fnn Fpp Fnp
4. 核力具有饱和性 一个核子只同附近几个核子有作用力