原子核物理习题课

原子核物理习题课

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习题一：

1. 试谈谈你对“格拉肖蛇”的理解。

物质科学体系——从“格拉肖蛇”蛇头到蛇尾，物质空间尺度依次减小，同时，“格拉肖蛇”首尾相衔，表明物理学中研究最大对象和最小对象的两个分支 宇宙学和粒子物理学就奇妙地衔接在一起，这并不意味着天体物理把粒子物理吞没，而是指在足够小和足够大的尺度下，两者具有统一的理论，即弱、电、强和引力相互作用“合四为一”。

2. 试论述中微子超光速实验测量原理。

意大利格兰萨索国家实验室下属的一个名为OPERA的实验装置接收了来自著名的欧洲核子研究中心的中微子,两地相距730公里,中微子“跑”过这段距离的时间比光速还快了60纳秒。

3. 试论述希格斯粒子对标准模型和超统一模型的作用。

杨振宁和米尔斯提出的杨-米尔斯非阿贝尔规范场理论，逐步构建完成了现代的标准模型

理论。但是杨-米尔斯方法无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题，由于规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量，然而这一禁忌却与实验中的观测不相符合。

希格斯提出通过希格斯场产生对称性破缺，同时在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子，也称希格斯玻色子（Higgs boson ）或“上帝粒子”。 可以说，希格斯粒子是整个标准模型的基石，也是标准模型中最后一种未被发现的粒子。如果希格斯粒子不存在，将使整个标准模型失去效力。

4. 试绘出各层次物质的德布罗意波长变化曲线。

λ=p

h =

p 34

1062.6-⨯m=nm p 251062.6-⨯ 以λ为纵坐标，p 为横坐标绘制曲线，λ与p 成反比关系。 5. 谈谈爱因斯坦质能方程（式1-1）的理解。

爱因斯坦狭义相对论中“质能关系式”进行质量能量转换：2

E mc =，他是通过比例系数c 2将质量和能量联系起来，这也就表明物质质量和能量有一定对应关系。 6. 试绘出物质质量随运动速率变化（式1-2）的曲线。

提示：以速度υ运动着的物质的质量m 和它的静止质量0m 之间有着关系：02

1()m m c

υ

=

-，

当物质运动速率与光速可比拟时，必须要考虑相对论效应。以m/m 0为纵坐标，以速率v 为横坐标绘图（速率尺度取为光速的倍数）。

7. 试论述碳单位、氧单位和原子质量单位分别是如何确立的。

氧单位：单位太大，1962年以前，物理学中曾经用16

O 原子质量的1/16作为物理学中原子质量单位，这是物理学中的氧单位。而在化学中仍采用天然同位素混合物(由16

O 和微量的

17

O 、18O 组成)的平均质量的1/16为化学中原子质量单位，称为化学中的氧单位(即

271 1.674310u kg -=⨯)，这就形成了对原子质量的两种标度。按照物理标度，氧元素的原

子量为整数16，而按照化学标度，则为16.004462，也就是说，物理学中氧单位略大于化学中的氧单位。自然界中氧的同位素组成在海水中与在空气和岩石中不一样，因此，氧单位的化学标度不够严格。

碳单位：kg 单位太大，同时克服氧单位的诸多缺点，1962年始用12

C 原子质量的1/12作为原子质量单位，简称碳单位。这样，采用碳单位，一个原子质量单位就是

271 1.660565510u kg -=⨯， 而微观物质的质量就可以采用有多少个u 去进行表达了。

原子质量单位：从1962年起，物理学和化学统一用碳单位为原子质量单位，解决了物理学和化学中标度不一致的问题。另外，采用碳单位还有其它诸多好处，如可用质谱仪测量质量，准确度很高；碳能生成很多含碳原子的分子、离子，便于用质谱仪测量，将12

C 和很多元素的离子的质量进行精确比较，从而确定其原子量；用12

C 为标准，对原来的原子量的修正值也不大。

8. 谈谈你对阿伏加德罗常数作用的理解（参考式1-5）。

已知某纯物质的密度ρ及其原子质量（或分子量），利用阿佛加德罗常数A N 就可以用下式计算该物质每单位立方厘米的原子（或分子数）：()A N A N ρ=，其中，ρ的单位，

3g cm -⋅，A 的单位，1g mol -⋅。这个公式是物质科学体系中最重要的公式之一，通过它，

就将物质世界微观层次与宏观层次的研究对象联系起来了，即阿伏加德罗常数是连接宏观与微观的桥梁，而阿佛加德罗常数就是该公式的灵魂所在。 9. 试探讨海森堡测不准关系（式1-12）。 海森堡测不准关系有两个表达式：Δx ·Δp x ≥2

η

，表示对于微观粒子，不能同时用确定的位置和确定的动量来描述；Δt ·ΔE ≥

2

η

，表示对于微观粒子，不能同时确定粒子的能量状态和在该状态下的寿命。 它揭示了微观粒子的两条重要的物理规律，根源是“波粒二象性”。 10.试论述电子和质子发现的意义。 11.试论述中子发现的过程与意义。

12.分析约里奥⋅居里夫妇如何由γ射线吸收实验确定γ射线能量范围的。 窄束单能γ射线在厚度为吸收体中Pb 中的吸收的公式如下：

()0()()E d

I E I E e

γμγγ-=

式中0()I E γ、()I E γ分别为吸收前后γ射线强度，则Pb 的线性吸收系数()E γμ及其不确定度可根据吸收前后γ射线强度测量结果和铅厚度参数及其不确定度得到：

02222000()

1()ln ()1/21()ln I E E d I E I d I I E d d I I I γγγγμμ⎧=-⎪⎪⎨⎡⎤⎛⎫⎛⎫∆∆∆⎛⎫⎛⎫⎪⎢⎥

∆=⋅++ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥

⎝⎭⎝⎭⎣⎦⎩