1 从独立粒子核壳层到原子核集体模型
核壳模型与原子核结构的解释
核壳模型与原子核结构的解释原子核是构成物质的基本单位之一，它的结构和性质一直以来都是科学家们关注的焦点。
在20世纪初，研究人员发现原子核中存在着不同的质子和中子，这引发了对原子核结构的深入研究。
核壳模型是一种用来解释原子核结构的理论，它为我们提供了深入理解原子核的框架。
核壳模型最早由丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在1920年提出。
他认为原子核的质子和中子分别占据着不同的能级，就像电子在原子中的能级一样。
这些能级被称为核壳，每个核壳可以容纳一定数量的质子和中子。
当一个核壳被填满时，原子核就会变得特别稳定。
核壳模型的一个重要预测是核壳闭合效应。
当某个核壳被完全填满时，原子核的结构就会变得非常稳定，而在其他情况下，原子核就会相对不稳定。
这解释了为什么有些核素比其他核素更加稳定，而且在自然界中更常见。
核壳模型的成功在于它能够解释许多实验观测到的现象。
例如，它可以解释为什么质子和中子的数量对原子核的稳定性有如此重要的影响。
当质子和中子的数量接近某个核壳的填充情况时，原子核就会变得非常稳定。
这也解释了为什么质子和中子的数量相等的核素（例如氦-4）在自然界中非常常见。
此外，核壳模型还可以解释原子核的形状和振动模式。
根据核壳模型，当原子核的质子和中子数量接近某个核壳的填充情况时，原子核就会呈现出球形的形状。
而当质子和中子数量远离核壳填充情况时，原子核的形状就会发生变化，可能呈现出椭球形或者其他非球形的形状。
这种形状变化可以通过核壳模型中的振动模式来解释。
然而，核壳模型并不是完美的。
它无法解释一些实验观测到的现象，例如原子核的超越稳定性和核素的同位素依赖性。
为了解决这些问题，科学家们提出了许多改进的核壳模型，例如壳模型的扩展和核素间的相互作用等。
总之，核壳模型为我们提供了解释原子核结构的重要框架。
它解释了为什么原子核的质子和中子数量对其稳定性有如此重要的影响，以及为什么原子核的形状会发生变化。
虽然核壳模型还存在一些问题，但它仍然是研究原子核结构的基础理论之一。
高二物理原子的核式结构模型
嗦夺市安培阳光实验学校高二物理原子的核式结构模型人教实验版【本讲教育信息】一. 教学内容：选修3—5第十八章原子结构第一节电子的发现第二节原子的核式结构模型第三节氢原子光谱第四节玻尔的原子模型二. 知识内容（一）1. 阴极射线：阴极射线的本质是带负电的粒子流，后来，组成阴极射线的粒子被称为电子。
2. 电子的发现：1897年英国的物理学家汤姆孙发现了电子，并求出了这种粒子的比荷。
（二）1. 汤姆孙的原子模型：原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌其中，有人形象地把汤姆孙模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”。
2. a粒子散射实验：（1）a粒子：a粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，带有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。
（2）实验现象：绝大多数a粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数a粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于900，也就是说它们几乎被“撞了回来”。
（3）卢瑟福核式结构模型：原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
按照卢瑟福的理论，正电体被称为原子核，卢瑟福的原子模型因而被称为核式结构模型。
3. 原子核的电荷与尺度：（1）电荷：原子核是由质子和中子组成的，原子核的电荷数就是核中的质子数。
（2）尺度：对于一般的原子核，核半径的数量级为10－16m，而整个原子半径的数量级是10－10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部是十分“空旷”的。
（三）1. 光谱：（1）定义：把光按波长的大小分开，获得光的波长（频率）成分和强度分布的记录。
即光谱。
（2）分类：光谱分为线状谱和连续谱。
（3）特征：线状谱是一条条分立的亮线；连续谱是一条连续的光带。
2. 原子光谱：（1）定义：各种原子的发射光谱都是线状谱，不同原子的亮线位置不同，把这些亮线称为原子的特征谱线。
（2）光谱分析：每种原子都有自己的特征谱线，我们可以用它来鉴别物质和确定物质的组成成分，这种方法称为光谱分析。
原子核的壳模型全
③、由实验值知道
E l
能12 级在
能El级12 的下面，所以要求f(r)<0。
④、适当选择自旋—轨道耦合强度f(r)后，就可以解释全部的幻数。
对于原子情况：
2 1 dV (r) f(r)
2me2c2 r dr 这里V(r)可取库仑势：
V (r) ~
Ze 2
r
对于原子核的情况f(r)近似取同样的形式。
最简单的中心场势为方阱势，谐振子势及Woods-Saxon势，下面分别 讨论：
（1）、球方阱势
V (r) 0V0
r R(V0 0) rR
R---势阱半径
V0---势阱深度 （2）、球形谐振子势
V
(r)
1 2
m 2r 2
V0
（V0=Constant）
m--核子质量 (2V0 / mR 2 )1/ 2
5、自旋—轨道耦合
在谐振子势阱和方势阱的讨论中，我们都没有考虑核子的自旋和轨道耦合问题。
实验表明，核子的自旋—轨道耦合不但存在，而且这种耦合作用是很强的。
1949年，在大量实验事实的启示下，M.G.Mayer and J.H.D.Jensen独立提
出了强自旋—轨道耦合模型，使问题的解决有了关键性的突破。他们把方势阱和
对某一个确定的n,l相同的状态，能量都一样，因而某一给定l的2l+1个状 态，能量都相同。
由泡利不相容原理，对于自旋s=1/2的电子，它服从泡利原理。这样，在 能量相同的同一个l能级上总共可以容纳2(2l+1)个电子。
对于l=0,1,2,3,4,5,6,7,分别用s,p,d,f,g,h,I,j,…表示 ∴对于s能级，最多容纳的电子数N=2
第二，核中的核子的密度与原子中的电子密度相比，大得不可比拟，以致 核子在核中的平均自由程可以比核半径小得多，于是可以想象核子间似应不 断发生碰撞，因而很难理解在核子中的运动可以是各自独立的。
原子核壳模型
原子核壳模型在核物理与核化学中，核壳层模型是一个利用泡利不相容原理的结构来描述的原子核的能量级别的一个模型。
类似的壳层模型最早于1932年，由Dmitry Ivanenko 与E. Gapon —起提出，而后在1949年核壳层模型由几个物理学家研究及提出，最主要的几个人是尤金维格纳、玛丽亚格佩特-梅耶和约翰内斯延森，由于发现核壳层模型理论和对称性原理，因此于1963年颁发诺贝尔物理学奖。
核壳层模型部分是类似于原子的电子壳层描述原子中的电子的安排，当壳层填满时特别稳定，核壳层模型描述原子中次原子粒子的排布，当质子与中子填满某个核壳层，该核素更稳定。
当在一个稳定的原子核加入核子（质子或中子）时，也有一定的结合能，但其量值明显小于前一个核子。
发现幻数：2, 8, 20 , 28 , 50 , 82 , 126当质子或中子为幻数时有较高的结合能，这就是核壳层模型的起源。
质子和中子的核壳层是相互独立的。
因此，质子或中子可以只有其中一个为幻数，此时称为幻核，也可以两者皆是幻数，则为双幻核。
由于在核轨域填充有一些变化，目前最大的幻数是126，并推测有184个中子，但只有114个质子，这在搜索所谓的稳定岛中扮演了一个重要的角色。
目前已发现一些半幻数，特别是Z = 40时，核壳填充的各种元素，此外，16也可能是一个幻数。
核壳层模型基本信息原子核-内部结构模型表在核物理与核化学中，核壳层模型是一个利用泡利不相容原理的结构来描述的原子核的能量级别的一个模型。
2、 通过分析实验资料发现，原子核具有类似元素周期性的情况，含中子数或质子数为 & 20、28、50、82以及中子数为126的原子核特别稳定，在自然界中的含量也比相邻的核 素丰富。
原子核的某些性质随中子 (或质子)数的增加呈现的变化也在经过上述那些值后发 生突变。
上述这些数值， 人们称之为幻数。
幻数的存在表明， 平均场的概念对原子核也是有 意义的，可以把原子核里的核子看作是在由其他核子共同产生的某个单粒子平均场中作近乎 独立的运动，并认为平均场所不能概括的核子之间的剩余相互作用是比较弱的，可以当作微扰来处理，这就是壳层模型的基本思想。
高中物理第十八章原子结构原子的核式结构模型教材梳理素材新人教选修
2 原子的核式结构模型疱丁巧解牛知识·巧学一、汤姆孙原子模型当时，无法直接通过实验探测原子内部的奥秘，汤姆孙运用经典力学的理论，根据电荷之间的作用力与距离的平方成反比进行了大量计算，以求证电子稳定分布应处的状态，他认为，既然电子那么小，又那么轻，原子带正电的部分应充斥整个原子，很小很轻的电子镶嵌在球体的某些固定位置(图18-2-1).电子图带的负电被原子内带的正电抵消，因此原子呈电中性.如果原子失去电子或得到电子，就会变成离子，电子一方面要受正电荷的吸引，另一方面又要互相排斥，因此必然有一个处于平衡的状态，电子在它们的平衡位置附近做简谐运动，可以发射或吸收特定频率的电磁波.汤姆孙原子结构模型图18-2-1模型可以帮助我们理解一些无法直接观察的事物.一个好的原子模型应该能够解释所有的关于原子和物体的信息.当获得越来越多的信息时，模型也会慢慢改变.联想发散汤姆孙的原子结构模型虽然能解释一些实验事实，但这一模型很快就被新的实验事实所否定.不过它的意义却极其深远，电子的发现使我们认识到原子是有结构的，并用汤姆孙的原子模型可以粗略解释原子发光问题，为我们揭开了原子结构的研究的帷幕.二、α粒子的散射实验1909—1911年卢瑟福和他的助手做了用α粒子轰击金箔的实验，获得了重要的发现.1.实验装置整个实验在真空中进行，高速的α粒子流垂直射到很薄的金箔上，由于受到金原子中带电微粒的库仑力的作用，一些α粒子通过金箔后必然会改变原来的运动方向，产生偏转.当α粒子穿过金箔后，打在荧光屏上闪光，然后通过显微镜观察，如图18-2-2所示.图18-2-2联想发散整个实验过程在真空中进行.α粒子后来被证明是氦原子核，带正电，由两个中子和两个质子组成，其质量约为电子的7 300倍.金箔很薄，α粒子很容易穿过.2.实验现象与结果α粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进，少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°.α粒子散射实验令卢瑟福万分惊奇，按照汤姆孙的原子结构模型：带正电的物质均匀分布，带负电的电子质量比α粒子的质量小得多，α粒子碰到电子就像子弹碰到一粒尘埃一样，其运动方向不会发生什么改变.但实验结果出现了像一枚炮弹碰到一层薄薄的纸被反弹回来这一不可思议的现象，卢瑟福通过分析，否定了汤姆孙的原子结构模型，提出了核式结构模型. 学法一得原子的结构就像一个“黑箱”里面的信息是无法直接获取的.研究黑箱问题的一般方法是有目的地向黑箱输入一些信息，观测黑箱反馈回来的输出信息，进而推断出黑箱内的结构和运行机制.三、原子的核式结构的提出1.推理过程卢瑟福依据α粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，叫原子核，原子的全部电荷和几乎全部质量都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转.按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释α粒子的散射实验现象，如图18-2-3所示.图18-2-3按照这个模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥力而发生大角度的偏转.2.核式结构模型在原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转.原子内部是十分“空旷”的.原子直径的数量级为10-10m，原子核直径的数量级为10-15m，两者相差十万倍，而体积的差别就更大了，若原子相当于一个立体的足球场的话，则原子核就像足球场中的一粒米.深化升华原子核所带的单位正电荷数等于核外的电子数，所以整个原子是中性的.电子绕着原子核旋转所需向心力就是核对它的库仑引力.3.大多数α粒子都是“侵入”金原子核和电子之间的空间里，它们受到的库仑力很小，运动方向的改变也就很小.只有极少数的α粒子会非常接近金原子核，这时它们之间强烈的斥力就迫使α粒子发生较大的偏转，甚至被弹回.误区提示不要认为α粒子与金原子核直接发生碰撞，偏转的原因是库仑斥力影响的结果.4.从α粒子散射实验的数据估算出原子核大小的数量级为10-15—10-14m，原子大小的数量级为10-10m.学法一得学习时注意把实验结果与核式结构模型的内容之间建立联系，避免机械记忆.四、原子核的电荷与尺度原子核的电荷数等于核外电子数，接近于原子序数，原子核大小的数量级为10-15m，原子大小数量级为10-10m，两者相差十万倍之多，可见原子内部十分“空旷”.典题·热题知识点一卢瑟福α粒子散射实验例1 卢瑟福α粒子散射实验的结果( )A.证明了质子的存在B.证明了原子核是由质子和中子组成的C.证明了原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里D.说明了原子中的电子只能在某些轨道上运动解析：该题要考查的是α粒子散射实验对人类认识原子结构的贡献.只要考生了解α粒子散射实验的结果及核式结构的建立过程，不难得出正确答案.α粒子散射实验发现了原子内存在一个集中了全部正电荷和几乎全部质量的核，数年后卢瑟福发现核内有质子并预测核内存在中子.答案：C方法归纳α粒子散射实验是物理学发展史上的一个重要的实验，它的实验结果使人们关于物质结构的观念发生了根本性变化，从而否定了汤姆孙原子结构的葡萄干面包模型，导致了卢瑟福核式结构模型的确立，教材中关于α粒子散射实验装置和实验方法的描述十分详尽，对实验结果的说明层次非常清楚：绝大多数α粒子穿过，基本上不发生偏转；少数发生偏转；极少数发生大角度偏转.关于这种重要的实验要记住. 例2 α粒子散射实验中，使α粒子散射的原因是( )A.α粒子与原子核外电子碰撞B.α粒子与原子核发生接触碰撞C.α粒子发生明显衍射D.α粒子与原子核的库仑斥力作用解析：本题考查α粒子散射实验，α粒子与原子核外电子的作用是很微弱的，A 项错误.由于原子核的质量和电荷量很大，α粒子与原子核很近时，库仑斥力很强，足可以使α粒子发生大角度偏转甚至反向弹回，使α粒子散射的原因是库仑斥力，B 项错误，D 项正确.答案：D方法归纳 卢瑟福提出的原子核式结构正是建立在α粒子散射实验的基础上的.绝大多数α粒子不发生偏转，这说明原子的内部非常空旷.少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过90°，有的甚至被弹回，偏转几乎达到180°，这是α粒子与原子核带正电的库仑斥力的作用，这说明原子中正电荷都集中在一个很小的区域内，α粒子穿过单个原子时，才有可能发生大角度的散射.知识点二 α粒子散射实验与电场、电势能等知识的综合例3 如图18-2-4所示，在α粒子散射实验中，α粒子穿过某一金属原子核附近的示意图，A 、B 、C 分别位于两个等势面上，则以下说法中正确的是( )图18-2-4A.α粒子在A 处的速度比B 处的速度小B.α粒子在B 处的动能最大，电势能最小C.α粒子在A 、C 两处的速度大小相等D.α粒子在B 处的速度比在C 处的速度要小解析：α粒子由A 经B 运动到C ，则由于受到库仑斥力的作用，α粒子先减速后加速，所以A 项错误，D 项正确.库仑斥力对α粒子先做负功后做正功，使动能先减小后增大，电势能先增大后减小，B 项错误.AC 处于同一个等势面上，从A 到C 库仑力不做功，速度大小不变，C 项正确.答案：CD巧妙变式 若α粒子穿过某一带负电的点电荷附近，则运动情况又如何呢？(若α粒子穿过某一带负电的点电荷附近，由于受到库仑引力的作用，则α粒子一直向负点电荷靠近，最后落在上面，发生中和，则在此过程中库仑引力做正功，动能增大，电势能减小.)例4 已知电子质量为9.1×10-31 kg ，带电量为-1.6×10-19 C ，当氢原子核外电子绕核旋转时的轨道半径为0.53×10-10 m 时，求电子绕核运动的速度、频率、动能和等效的电流强度.解析：电子绕原子核做匀速圆周运动，电子与核之间的库仑力充当电子绕核旋转的向心力.由向心力公式可求出速度和周期，继而再求出频率、动能、等效电流强度.根据库仑力提供电子绕核旋转的向心力.可知： k 202r e =m 02r v v=e m r k 0=1.6×10-19×31-10-9109.1100.53109⨯⨯⨯⨯m/s=2.18×106 m/s 而v=2πfr 0即f=02r v π=10-6100.533.142102.18⨯⨯⨯⨯Hz=6.55×1015 HzE k =21mv 2=21·02r ke =21×10-29100.5319)-10(1.6109⨯⨯⨯⨯J=2.16×10-8 J 设电子运动周期为T ，则T=V r 02π=6-10102.18100.533.142⨯⨯⨯⨯ s=1.5×10-16 s 电子绕核的等效电流强度：I=t q =T e =16--191015101.6⨯⨯A=1.7×10-3 A. 方法归纳 本题通过构建理想的物理模型，综合考查匀速圆周运动、电场力和电流强度等知识. 知识点三 α粒子与动量守恒定律、能量恒定律综合例5 1909—1911年英国物理学家卢瑟福与其合作者做了用α粒子轰击金箔的实验.发现绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进；少数α粒子却发生了较大角度的偏转；极少数α粒子偏转角度超过了90°；有的甚至被弹回，偏转角几乎达到了180°.这就是α粒子散射实验.为了解释这个结果，卢瑟福在1911年提出了原子的核式结构学说：在原子的中心有一个很小的核，叫做原子核，原子的全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕着核旋转.请你利用α粒子散射实验结果估算原子核的大小(保留一位有效数字).(下列公式或数据为已知：点电荷的电势U=kQ/r,k=9.0×109 Nm 2/C 2，金原子序数79，α粒子质量m α=6.64×10-27 kg ，α粒子速度v=1.6×107 m/s ，电子电量e=1.6×10-19 C.解析：由于是估算，我们可以取极少数被弹回的α粒子为研究对象.当α粒子的速度减为0时，α粒子与金原子核间的距离最小约等于金原子核的半径.利用能量转化与守恒定律进行计算.对于极少数被弹回的α粒子，受到很强的排斥力，可以认为它几乎接近原子核；它先做减速运动，当速度减为0后，反向加速.当α粒子的速度减为0时，α粒子与金原子核间的距离最小，约等于金原子核的半径；此过程中α粒子的动能转化为电势能.21m αv 2=rkeQ ,解得：r=22v m keQ α 代入数据解得：r=4×10-14m.巧解提示 将α粒子靠近金原子核类比为B 物体连接一弹簧静止在光滑水平面上，并与一墙相靠，A 以v 0的速度冲向B.A 先做减速，当速度减为0时，反向加速.当A 的速度减为0时，A 、B 间距离最小，A 的动能转化为弹性势能.两个带电粒子只在电场力作用下的相对运动，与碰撞中的弹簧模型相似，只有电场力做功系统动能与电势能的总和保持不变.处理这类问题常用动量守恒定律、能的转化与守恒，有时还需结合牛顿运动定律.图18-2-5问题·探究思想方法探究问题原子物理学研究的是微观现象，比较抽象.通过原子核结构的探索过程，总结研究微观世界的方法？探究过程：微观世界的原子和原子核的结构无法直接通过实验直接观察到，只能依据实验现象，通过科学的思维和研究方法进行间接研究原子核的微观结构.即由实验结果→分析猜测→提出模型→实验验证→建立新理论→构建正确的模型是探索微观结构的基本方法.探究结论:由实验结果→分析猜测→提出模型→实验验证→建立新理论→构建正确的模型是探索微观结构的基本方法.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。
【原创】人类对原子结构的认识
K层 L层 M层
（由内到外，能量逐渐升高）
对于多电子原子,核外电子是分层排布的
一般规律： 先排能量最低,排满后再排能量较高的电子层
能量最低原理：先排K层，排满K层后再排L层。
1. K层为最外层时，最多容纳电子数----2---个-----。 2.其他各层为最外层最多容纳电子数----8---个-----。
不带电 1.602×10－19C
电性 1个质子带1个单位正电荷
不显电性 1个电子带1个单位负电荷
核内质子数=核外电子数=核电荷数
3、组成原子的微粒有怎样的质量关系？
原子 质子数 中子数 质子数+中子数 相对原子质量
Z
N
A
F9
10
19
18.998
Na 11
12
23
22.990
Al 13
14
27
26.982
Mg +12 2 8 2
2e－
Mg2+ +12 2 8
O +8 2 6
O2- +8 2 8
Mg2
＋
O2-
氯化钠的形成
Na +11 2 8 1 Cl +17 2 8 7
Na+ +11 2 8 Cl- +17 2 8 8
Na+ Cl-
失去2个电子
Mg +12 2 8 2
Mg2+ +12 2 8
得到2个电子
不易得失e-
化学反应中，原子核不发生变化， ⑵不稳定结构： 原子的最外层电子可能发生变化。
最外层电子数<4时，易失e- 如Na、Mg、Al 原子
最外层电子数>4时，易得e- 如F、O、Cl
1、从独立粒子核壳层到原子核集体模型
1．从独立粒子核壳层模型到原子核集体模型一个亘古不变、极具魅力的话题：自从人类有了思维，人们就开始不停地追问“我们的世界究竟由什么组成？”古希腊哲学家泰勒斯提出：水是万物的始基；赫拉克利特认为：火是万物的本原；德谟克利特则宣称：世界万物都是由不可分割的颗粒(原子)和虚空所组成。
我国古代的“五行说”认为，宇宙万物皆由金、木、水、火、土构成；“元气说”则认为，客观的元气是构成宇宙万物的本原。
粒子物理学中的“标准模型”理论，经受了相当成功的实验检验，被认为是迄今为止最有效的一个唯象理论，但是这个理论仍然存在着许多基本的疑难问题有待解决。
诸如希格斯粒子的存在和本质，粒子质量的来源，夸克和轻子更深层次的特征标度，标准模型更深层次上的基本规律等，都是今后主要的研究领域。
寻找超出标准模型的新理论，将成为高能物理近期探索的一个重要任务核物理研究一开始，就面临着一个重要的问题，这就是核子间相互作用的性质。
人们注意到，大多数原子核是稳定的，而通过对不稳定原子核的γ衰变、β衰变和α衰变的研究发现，原子核的核子之间必然存在着比电磁作用强得多的短程、且具有饱和性的吸引力。
此外，大量实验还证明，质子-质子、质子-中子、中子-中子之间的相互作用，除了电磁力不同外，其它完全相同，这就是核力的电荷无关性。
1935年，汤川秀树（YukawaHideki 1907～1981）提出，核子间相互作用是通过交换一种没有质量的介子实现的。
1947年，π介子被发现，其性质恰好符合汤川的理论预言。
介子交换理论认为，单个π介子交换产生核子间的长程吸引作用（≥3×10-13cm），双π介子交换产生饱和中程吸引作用（1～3×10-13cm），而ρ、ω分子交换产生短程排斥作用（＜1×10-13cm），π介子的自旋为零，称为标量介子，ρ、ω介子的自旋为1，称为矢量介子，它们的静止质量不为零，这确保了核力的短程性，而矢量介子的非标量性又保证了核力的自旋相关性。
物理选修3-5人教版 18.2原子的核式结构模型 (共12张PPT)(优质版)
B. 绝大多数 α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少 数发生较大偏转，极少数甚至被弹回
C. 少数 α 粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多 数发生较大偏转，甚至被弹回
D. 全部 α 粒子都发生很大偏转
2. 卢瑟福 α 粒子散射实验的结果 ( C )
(1) 原子的半径约为 10 ─ 10 m、原子核半径约是 10 ─14 m， 原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。
(2) 原子核所带正电荷数与核外电子数以及该元素在周期 表内的原子序数相等。
(3) 电子绕核旋转所需向心力就是核对它的库仑力。
1. 在用 α 粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的 α 粒子的
A. 证明了质子的存在 B. 证明了原子核是由质子和中子组成的 C. 说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在 一个很小的核上
D. 说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动
3. 当 α 粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪
些是不可能存在的 ( BC )
原子和原子核 D
核
C
B
A
。2. 一份耕耘，份收获，努力越大，收获越多，奋斗!奋斗!奋斗!3. 让我们将事前的忧虑，换为事前的思考和计划吧！4. 世界上那些最容易的事情中，拖延时间最不费力5. 不管现在有多么艰辛，我们也要做个生活的舞者。6. 奋斗是万物之父。— —陶行知7. 上帝制造人类的时候就把我们制造成不完美的人，我们一辈子努力的过程就是使自己变得更加完美的过程，我们的一切美德都来自于克服自身缺点的奋斗。8. 不要被任何人打乱自己的脚步，因为没有谁会像你一样清楚和在乎自己 的梦想。9. 时间不在于你拥有多少，只在于你怎样使用10. 水只有碰到石头才能碰出浪花。11. 嘲讽是一种力量，消极的力量。赞扬也是一种力量，但却是积极的力量。12. 在我们成长的路上也会遇到一些挫折，一些困难，那韩智华就是我们 的榜样，永不认输，因为我知道挫折过后是一片晴朗的天空，瞧，成功就在挫折背后向我们招手，成功就是在努力的路上，“成功就在努力的路上”！让我们记住这句话，向美好的明天走去。13. 销售世界上第一号的产品——不是汽车，而 是自己。在你成功地把自己推销给别人之前，你必须百分之百的把自己推销给自己。14. 不要匆忙的走过一天又一天，以至于忘记自己从哪里来，要到哪里去。生命不是一场速度赛跑，她不是以数量而是以质量来计算，知道你停止努力的那 一刻，什么也没有真正结束。15. 也许终点只有绝望和失败，但这绝不是停止前行的理由。16. 有事者，事竟成；破釜沉舟，百二秦关终归楚；苦心人，天不负；卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。17. 我颠覆了整个世界。只为了摆正你的倒影18. 好的想法是十分钱一打，真正无价的是能够实现这些想法的人。19. 伤痕是士兵一生的荣耀。20. 只有一条路不能选择——那就是放弃的路；只有一条路不能拒绝——那就是成长的路。21. 多对自己说“我能行，我一定可以”，只有这样才不 会被“不可能”束缚，才能不断超越自我。22. 人生本来就充满未知，一切被安排好反而无味——坚信朝着目标，一步一步地奋斗，就会迈向美好的未来。23. 回避现实的人，未来将更不理想。24. 空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任 何事情。25. 无论什么思想，都不是靠它本身去征服人心，而是靠它的力量；不论靠思想的内容，而是靠那些在历史上某些时期放射出来的生命的光辉。——罗曼·罗兰《约翰·克利斯朵夫》26. 上帝助自助者。27. 你的爸妈正在为你奋斗，这 就是你要努力的理由。28. 有很多人都说：平平淡淡就福，没有努力去拼博，又如何将你的人生保持平淡?又何来幸福?29. 当事情已经发生，不要抱怨，不要沮丧，笑一笑吧，一切都会过去的。30. 外在压力增加时，就应增强内在的动力。31. 我们每个人都应微笑面对人生，没有了怨言，也就不会有哀愁。一个人有了希望，就会对生活充满信心，只要你用美好的心灵看世界，总是以乐观的精神面对人生。32. 勇敢的人。——托尔斯泰《袭击》33. 昨天下了雨，今天刮了风，明天太 阳就出来了。34. 是的，成功不在于结果，更重要的是过程，只要你努力过，拼搏过，也许结果不一定是最好的那也走过了精彩的过程，至少，你不会为此而后悔。35. 每一天的努力，以后只有美好的未来。每一天的坚持，换来的是明天的辉 煌。36. 青年最要紧的精神，是要与命运奋斗。——恽代英37. 高峰只对攀登它而不是仰望它的人来说才有真正意义。38. 志不可立无可成之事。如无舵之舟，无衔之马，飘荡奔逸，何所底乎？--王守仁39. 拿望远镜看别人，拿放大镜看自己。 40. 顽强的毅力可以征服世界上任何一座高峰。——狄更斯41. 士人第一要有志，第二要有识，第三要有恒。——曾国42. 在我们能掌控和拼搏的时间里，去提升我们生命的质量。43. 我们不是等待未来，我们是创造未来，加油，努力奋斗。 44. 人生如画，一笔一足迹，一步一脚印，有的绚丽辉煌，有的却平淡无奇。45. 脚跟立定以后，你必须拿你的力量和技能，自己奋斗。——萧伯纳46. 一个能从别人的观念来看事情，能了解别人心灵活动的人，永远不必为自己的前途担心。
高中物理第十八章原子结构第2节原子的核式结构模型讲义含解析新人教版选修3_5
第2节原子的核式结构模型1.α粒子散射实验结果：绝大多数α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有少数α粒子发生了大角度偏转，偏转的角度甚至大于90°。
2．原子结构模型：在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子的所有正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里，带负电的电子在核外空间里绕核旋转。
3．原子核由质子和中子组成，原子核的电荷数等于原子核中的质子数。
4．原子半径的数量级为10－10m，原子核半径的数量级为10－15 m。
一、汤姆孙的原子模型汤姆孙于1898年提出了原子模型，他认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内，电子镶嵌在球中。
汤姆孙的原子模型，小圆点代表正电荷，大圆点代表电子。
汤姆孙的原子模型被称为西瓜模型或枣糕模型，该模型能解释一些实验现象，但后来被α粒子散射实验否定了。
二、α粒子散射实验1．α粒子α粒子是从放射性物质中发射出来的快速运动的粒子，含有两个单位的正电荷，质量为氢原子质量的4倍。
2．实验方法用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔，用带有荧光屏的放大镜，在水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察，根据散射到各方向的α粒子所占的比例，可以推知原子中正、负电荷的分布情况。
3．实验装置4．实验现象(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进。
(2)少数α粒子发生了大角度偏转；偏转的角度甚至大于90°，它们几乎被“撞了回来”。
5．实验意义卢瑟福通过α粒子散射实验，否定了汤姆孙的原子模型，建立了核式结构模型。
三、卢瑟福的核式结构模型1．核式结构模型：1911年由卢瑟福提出，原子中带正电的部分体积很小，但几乎占有全部质量，电子在正电体的外面运动。
2．原子核的电荷与尺度1．自主思考——判一判(1)汤姆孙的枣糕式模型认为原子是一个球体，正电荷弥漫性地均匀分布在整个球体内。
(√)(2)α粒子带有一个单位的正电荷，质量为氢原子质量的2倍。
(×)(3)α粒子散射实验证实了汤姆孙的枣糕式原子模型。
18-4原子核的结构模型概述
2
二、集体模型 (collective model ) 也叫综合模型 综合液滴和壳层模型优点，认为核内核子在核力 作用下互相吸引，形成一个集体，发生集体振动。 每个核子在变化的势场中运动。 1. 球状核的振动 集体振动方式：能量低时形状振动，核形状作周 期性变化而体积不变；能量较高发生体积压缩性振 动，及中子和质子间有相对运动的偶极振动。 振幅不大时形状振动为多极振动叠加，主要四 极振动。四极振动是核形状按长椭球球扁椭球 次序作往返变化，球状是平衡形状。将四极振动 看作简谐振动，利用量子力学方法可以求得能量 的本征值。
轴的截面按照长椭圆圆扁椭圆的次序往返变化。
4
3. 变形核的转动 一个球体相对于任意一条过球心的对称轴的转 动，都是无意义的。转动指变形核的转动。
x
偏离完整壳层结构较远的核平衡形 状是非球形的，可看作旋转椭球状。
o y z
假定核自旋为零(偶偶核)，取对称轴为z轴。考 虑核绕x轴的转动，设其转动角动量为L，转动动
无自旋核对于xy平面具有反射对称性，球谐函 数Yj,M 的宇称必须为偶性，式中j只能是偶数，于 是核转动能级为
2 E j j 1, j 0,2,4, 2J
奥格-玻尔和莫特尔逊1953年提出的核转动能谱。
6
3
2. 变形核的振动 变形核是指其平衡形状偏离球状的原子核。 主要振动形式四极振动，存在 和 两种简正 模，分别称为 振动和 振动。 所谓 振动是指旋转椭球状核一会儿变得长 一些，一会儿变得扁一些，但始终保持旋转椭球
原子核物理发展史
原子核物理发展史原子核物理是研究原子核结构、性质和相互作用的科学学科。
它的发展历程可以追溯到19世纪末，当时物理学家开始探索原子的内部构成。
经过数十年的努力，科学家们逐渐揭示了原子核的基本特征，并在此基础上建立了一整套理论模型。
早期的原子核物理研究主要依赖于实验证据。
1897年，英国物理学家汤姆逊发现了电子，这是原子结构理论的重要突破。
随后，他提出了“洋葱模型”，即认为原子由电子组成的负电荷球体，球内包含了正电荷的核。
1909年，新西兰物理学家Rutherford进行了一系列著名的金箔散射实验，通过散射α粒子来探测原子内部的结构。
实验结果却出乎意料地发现，几乎所有的α粒子都通过金箔而没有被散射。
根据散射的角度和能量，Rutherford得出结论，原子有一个非常小而密集的核，带有正电荷，并且占据整个原子的绝大部分质量。
这个发现为原子核物理的发展奠定了基础。
随着对原子核的研究逐渐深入，科学家发现原子核的质量远远大于电子质量，因此不能仅用电子来解释其内部结构。
1919年，德国物理学家里韦肖尔提出了质子的概念，认为原子核中存在一个具有正电荷的质子。
这一理论得到了其他科学家的支持，并被进一步发展。
随后，科学家发现原子核中还存在一种中性粒子，称为中子。
1932年，英国物理学家查德威克通过实验证实了中子的存在。
质子和中子统称为核子，它们共同构成了原子核的基本组成部分。
在发现质子和中子之后，科学家们开始探索原子核的内部结构。
1932年，美国物理学家斯特朗提出了“液滴模型”，认为原子核可以看作是一个稳定的液体滴。
他的模型解释了核子的稳定性和核反应的一些基本规律。
然而，液滴模型无法解释一些更复杂的现象，如原子核的形状、核自旋和核壳模型等。
20世纪50年代，科学家们开始研究更高能量的粒子和更大质量的原子核，从而发现了核的一些新的性质。
1955年，物理学家玻斯提出了核壳模型，认为原子核类似于原子的电子壳层结构，具有一定的壳层结构和壳层填充规律。
原子核物理学中的核壳模型
原子核物理学中的核壳模型原子核是构成物质的基本粒子之一，它由质子和中子组成。
核壳模型是描述原子核结构的一种模型，它认为核子在核内的运动方式类似于电子在原子中的运动方式，存在着一些比较稳定的能级和相应的壳层结构。
本文将介绍核壳模型的基本概念和应用。
1. 核壳模型的基本概念核壳模型最早是由美国物理学家玛丽·居里和阿尔伯特·爱因斯坦等人提出的，它基于量子力学理论，并结合了对实验数据的分析得出。
核壳模型认为原子核中的核子具有自旋和轨道角动量，它们在核内遵循普通量子力学的规律运动，因此形成了不同的壳层结构，类似于电子在原子中的分布方式。
核子在核内根据它们的自旋和轨道角动量可以分为奇数或偶数的两类，分别称为费米子和玻色子。
费米子遵循《泡利不相容原理》，即相同的自旋、轨道角动量和能量不能同时存在于同一核子上，因此每个壳层最多容纳2（2s+1）个核子，其中2s+1是核子自旋量子数。
例如，1s壳层最多能容纳2个核子，2s壳层最多能容纳4个核子，3s壳层最多能容纳6个核子等。
当一个壳层被填满时，它就形成了一个核子态，称为壳层闭合态。
壳层闭合态比较稳定，因为它们的核子排布比较对称，核子间相互作用力比较小。
核壳模型还提出了一些重要的概念，如共振态、核子对、中子数和质子数的比例等。
共振态是指一些处于高能态的核子状态，它们的寿命比较短暂，容易通过放射性转变变成更稳定的核子态。
核子对是指相互作用比较强的两个核子，它们可以形成共振态或稳定态。
中子数和质子数的比例也是核壳模型研究的重要内容，根据壳层结构的变化以及核子间的相互作用情况，可以得到不同元素的稳定性和放射性性质。
例如，一些元素的核子数比较稳定，称为“魔数”，如4、8、20、28、50、82和126等；一些元素的核子数比较不稳定，容易发生放射性衰变，如放射性元素钚、氡等。
2. 核壳模型的应用核壳模型在原子核物理学中有广泛的应用，可以用于解释和预测原子核的结构和性质，为新元素的发现和核力学的探究提供了有力的理论基础。
原子核的壳层模型
原子的壳层模型世界是元素周期表的基础 原子的壳层模型成功解释了惰性气体的出现，
Z=2，10，18，36，54……（幻数）时，原子最稳定。
原子核壳层模型的提出：
实验事实：自然界存在幻数核，当质子数Z或中子数N等于
（幻数）原子核特别稳定！
那么，原子核是否也具有壳层结构
壳层模型提出遭到的挫折：
1：缺乏物理基础 原子壳层模型是考虑到原子中存在一个
相对固定的中心体（原子核），电子在其 势场中独立运动，在以此求解薛定谔方程 而得到的。这样的物理思想在原子核内缺 少根据：一缺少中心，二有强核力。
2：初试失败 人们假定核内核子在其他核子的平均场中做相对独立
运动利用核子在势阱中运动求解薛定谔方程，却得不到 与实验相符的幻数！
2l 1C
E E j1 2 E j1 2 2 根据上述公式，我们可以作如下分析： 两分裂能级的间隔随l增大而增大，随A的增大而减小。 核内核子受到的自旋-轨道耦合是相当强，它引起的能 级分裂相当大，由于很大的能级分裂，便得到了原来的 不到的幻数。大家可以照此思路分析一下一些幻数 的产生机理。
支持幻数存在的实验事实：
1：在偶数Z（Z〉32）的稳定核素中，只有 或8882S的r50,数138 B特a8别2,14稳0C定e82 的丰度大于50%，足见中子数为50 2：稳定核素中，N=20，28，50和82的同中子异荷素 数目比邻近的要多。 3：幻数核的最后一个核子的结合能要比幻数大1时最后 一个核子的结合能大的多，说明幻数核的结合紧得多。 4：中子数为50，82，126的原子的核的俘获的机率比 邻近核素要小得多，说明幻数和不宜再结合一个中子。 5：幻数核的第一激发态能量约为2MeV，比邻近荷素要 大得多。
原子核建模核壳层理论研究进展
原子核建模核壳层理论研究进展近年来，原子核的研究一直是核物理学的重要领域，而核壳层理论则是对原子核结构和行为的重要解释。
本文将介绍原子核建模和核壳层理论的研究进展，并讨论其在核物理学和相关研究领域的应用。
原子核建模是研究原子核结构和性质的重要方法之一。
在过去几十年里，研究人员开展了大量的工作，总结了多种原子核的建模方法。
其中，玻尔模型是最早的一种建模方法，将原子核看作是一个由质子和中子组成的粒子组合体。
这种模型适用于轻核，但无法解释重核的性质。
随后，层状模型和碎片模型被提出，试图解释重核的行为。
然而，这些模型依然存在一些问题，无法全面准确地描述原子核的性质。
在原子核建模方法的发展过程中，核壳层理论逐渐崭露头角。
核壳层理论认为原子核中存在着一些特殊的核子分布，形成了相对稳定的壳层结构。
这些壳层结构在原子核的能级和性质中起着重要作用。
核壳层理论的核心思想是，原子核中的核子按照一定的能级填充原理，类似于电子填充原子的壳层结构。
通过研究这些核壳层结构，可以深入理解原子核的性质和行为。
近年来，核壳层理论的研究取得了一系列重要的进展。
首先，实验证实了核壳层结构的存在。
研究人员通过测量原子核的能谱和电荷分布等实验数据，发现了一些具有壳层结构的核素。
这些实验证实了核壳层理论的基本假设，为后续研究提供了重要的实验依据。
其次，核壳层理论被应用于核素稳定性和衰变规律的研究。
根据核壳层理论，壳层结构的核素相对稳定，而超出壳层的核素则具有不稳定性。
因此，通过核壳层理论可以预测核素的稳定性和衰变规律。
这项研究在核物理学和核能领域具有重要意义，有助于更好地理解和利用原子核的性质。
此外，核壳层理论还被应用于核素产生和核反应的研究。
研究人员发现，核壳层结构影响着核反应的截面和速率。
通过研究核壳层结构在核反应中的作用，可以更好地预测和控制核反应的过程和性质。
这对于核能的开发和利用具有重要价值。
最后，核壳层理论的研究还涉及到核子结构和核力的研究。
原子核模型
9/2
自旋轨道耦合势： 相对论对称性的体现
3. 壳模型的应用
1. 对核基态的自旋和宇称的解释
双幻核基态的自旋为零，宇称为正。己为 实验所证实 偶偶核基态：在原子核内，只有当中子或 质子两两成对（自旋相反）时，能量最低 ，即基态的J=0。因此，不仅闭壳层内核子 对角动量没有贡献，而且偶数的中子或质 子对角动量也没有贡献。偶耦合的基态自 旋一定为零，宇称为正；实验结果无一例 外。
2. 费米能级
按量子力学计算，粒子在一维无限深方势阱中的 能量表达式为 2 2
nh En , n 1, 2,3 2 8md
式中m为粒子的质量，d为势阱的宽度。假如我们把 它推广到三维，考虑一个体积为d3的正方体势阱，则 h2 有 2 2 E (nx n y nz2 ) 8md 2 nx 1, 2,3
亚原子物理
2009年10月14号
原子核的结构
原子核结构模型
1. 原子核是一个有限量子多体系统。 2. 由于核子间复杂的相互作用（QCD 在核子 层次上的非微扰效应）以及多体耦合效应， 理论上对原子核的描述,目前还没有一个统 一的理论模型。针对不同质量区原子核通 常采用不同原子核结构模型来描述。 3. 对原子核的集体运动则常采用唯象的模型 或半经典的近似处理。
2. 原子中电子的壳层结构 由于泡利原理的限制，每一能级最多只能 填充N＝2（2l＋1）个电子。这样就可把电
子按从低能级往高能级的次序逐个填充， 形成壳层结构。
接近的能级组成一个壳层，各壳层之间则 有较宽的能量差。最后得到原子中电子的 壳层结构。满壳层时的电子总数是2，10， 18，36，54，86，对应惰性气体氦、氖、 氩、氪、氙、氡的原子序数。
原子核结构模型
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1．从独立粒子核壳层模型到原子核集体模型
一个亘古不变、极具魅力的话题：自从人类有了思维，人们就开始不停地追问“我们的世界究竟由什么组成？”古希腊哲学家泰勒斯提出：水是万物的始基；赫拉克利特认为：火是万物的本原；德谟克利特则宣称：世界万物都是由不可分割的颗粒(原子)和虚空所组成。
我国古代的“五行说”认为，宇宙万物皆由金、木、水、火、土构成；“元气说”则认为，客观的元气是构成宇宙万物的本原。
粒子物理学中的“标准模型”理论，经受了相当成功的实验检验，被认为是迄今为止最有效的一个唯象理论，但是这个理论仍然存在着许多基本的疑难问题有待解决。
诸如希格斯粒子的存在和本质，粒子质量的来源，夸克和轻子更深层次的特征标度，标准模型更深层次上的基本规律等，都是今后主要的研究领域。
寻找超出标准模型的新理论，将成为高能物理近期探索的一个重要任务核物理研究一开始，就面临着一个重要的问题，这就是核子间相互作用的性质。
人们注意到，大多数原子核是稳定的，而通过对不稳定原子核的γ衰变、β衰变和α衰变的研究发现，原子核的核子之间必然存在着比电磁作用强得多的短程、且具有饱和性的吸引力。
此外，大量实验还证明，质子-质子、质子-中子、中子-中子之间的相互作用，除了电磁力不同外，其它完全相同，这就是核力的电荷无关性。
1935年，汤川秀树（YukawaHideki1907～1981）提出，核子间相互作用是通过交换一种没有质量的介子实现的。
1947年，π介子被发现，其性质恰好符合汤川的理论预言。
介子交换理论认为，单个π介子交换产生核子间的长程吸引作用（≥3×10-13cm），双π介子交换产生饱和中程吸引作用（1～3×10-13cm），而ρ、ω分子交换产生短程排斥作用（＜1×10-13cm），π介子的自旋为零，称为标量介子，ρ、ω介子的自旋为1，称为矢量介子，它们的静止质量不为零，这确保了核力的短程性，而矢量介子的非标量性又保证了核力的自旋相关性。
核力性质及核组成成分的研究，为进一步揭示原子核的结构创造了条件。
在早期的原子核模型中，较有影响的有玻尔的液滴模型、费密气体模型、巴特勒特和埃尔萨斯的独立粒子模型以及迈耶和詹森的独立粒子核壳层模型。
其中最成功的是独立粒子核壳层模型。
在1948～1949年间，迈耶（Mayer，MariaGoeppert1906～1972）通过分析各种实验数据，重新确定了一组幻数，即2、8、20、28、50和82。
确定这些幻数的根据是：①原子核是这些幻数的化学元素相对丰度较大；②幻核的快中子和热中子的截面特别小；③幻核的电四极矩特别小；④裂变产物主要是幻核附近的原子核；⑤原子的结合能在幻核附近发生突变；⑥幻核相对α衰变特别稳定；
⑦β衰变所释放的能量在幻核附近发生突变。
在费密的启发下，迈耶在平均场中引入强的自旋-轨道耦合力，利用该力引起的能级分裂成功地解释了全部幻数的存在。
接着，詹森（Jensen，Johannes Hans Daniel1907～1973）也独立地得到了相同的结果。
在迈耶与詹森合著的《原子核壳层基本原理》一书中，他们利用核壳层模型成功地解释了原子核的幻数、自旋、宇称、磁矩、β衰变和同质异能素岛等实验事实。
由于原子核壳层结构模型所获得的成功，及其在核物理研究中的重要作用，迈耶和詹森共同获得1963年诺贝尔物理学奖。
核壳层模型是在大量的关于核性质、核谱以及核反应实验数据综合分析的基础上提出的，它对原
子核内部核子的运动给出了较清晰的物理图象。
这一模型的核心是平均场思想。
它认为，就像电子在原子中的平均场中运动一样，在原子核内，每个核子也近似地在其它核子的平均场中做独立的运动，因此原子核也应具有壳层结构，通常把这一模型称为独立粒子核壳层模型。
平均场的思想使核壳层模型取得了多方面的成功，但是它也具有不可避免的局限性，因为核子之间的相互作用不可能完全由平均场作用代替。
除了平均场以外，核子之间还有剩余相互作用。
随着核物理研究的发展，在50年代以后，陆续发现一些新的实验事实，如大的电四极矩、磁矩、电磁跃迁几率、核激发能谱的振动谱、转动谱以及重偶偶核能谱中的能隙等，它们都不能用独立粒子的核壳层模型解释。
1953年，丹麦物理学家、著名物理学家N.玻尔之子阿·玻尔（Bohr，Aage Niels1922～）与他的助手莫特森（Mottelson，BenRoy1926～）及雷恩沃特（Rainwater，LeoJames1917～）共同提出了关于原子核的集体模型。
这一模型认为，除平均场外，核子间还有剩余的相互作用，剩余作用引起核子之间关联，这种关联是对独立粒子运动的一种补充，其中短程关联引起核子配对。
描述这种关联的核子对模型已经得到大量的实验支持。
核子间的长程关联将使核变形，并产生集体运动，原子核转动和振动能谱就是这种集体运动的结果，而重核的裂变以及重离子的熔合反应又是原子核大变形引起的集体运动的结果。
原子核的集体模型认为，每个核子在核内除了相对其它核子运动外，原子核的整体还发生振动与转动，处于不同运动状态的核，不仅有自己特定的形状，还具有不同的能量和角动量，这些能量与角动量都是分立的，因而形成能级。
正因如此，与只适用于球形核的独立粒子壳层模型相比，原子核的集体模型有了很大的发展。
用它可以计算核液滴的各种形状对应的能量和角动量。
此外，当核由高能级向低能级跃迁时，能量通常还能以γ射线的形式释放出来，这一特征正与大量处于稳定线附近的核行为相符。
此外，根据这一模型，当核形状固定时，转动惯量不变，随着角动量加大，核形状变化，转动惯量相应改变，导致转动能级变化，因此，这一模型对变形核转动能级的跃迁规律的研究，已成为研究奇异核的基础。
原子核集体模型解决了独立粒子核壳层模型的困难，成功地解决了球形核的振动、变形核的转动和大四极矩等实验事实，为原子核理论的发展作出重要的贡献，为此，阿·玻尔、莫特森与雷恩沃特共同获得了1975年诺贝尔物理学奖。