第九和第十章原子核和基本粒子简介及总复习PPT课件

原子的质量 = 原子核的质量 + 所有电子质量
– 相当于所有电子结合能的数值（可忽略）。
原子核的质量 = 所有核子的质量 – 相当于所有核子结合能的数值。
采用原子质量单位，原子（核）的质量接近一整数，这整数 称为原子（核）的质量数 ，A。
原子核的符号表示：
A Z
X
Z：质子数 中子数=A-Z
11H 12H 13H
1u 112C原子质量 12 1
12
N0 12
1.660551027Kg
1
整体概述
概况一
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况二
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
概况三
点击此处输入相关文本内容 点击此处输入相关文本内容
2
3.原子核的质量
原子核的质量，可以由原子质量推算，也可以由核子的数目 推算。
☆ 核子的结合能越大，原子核越稳定。 ☆ 中等质量核（A=40-120）的结合能约为8.6Mev，原子核稳定。 ☆ 质量数小于30的核结合能有周期性变化，最大值在A等于4 的倍数。 ☆ 质量数30以上的核，平均结合能变化不大，显示了核力的饱和性。
8Leabharlann 9.2 原子核的放射性衰变
1896年：贝克勒耳，铀的放射性现象； 1898年：居里夫妇，Po，Ra; 1934 年：约里奥.居里夫妇，人工放射性。
☆宇称：描述微观粒子体系状态的波函数在空间反演变换
下的奇偶性的物理量。
（x，y，z）= （-x，-y，-z） （偶宇称） （x，y，z）= - （-x，-y，-z ） （奇宇称）
6
在电磁和强相互作用情形，孤立体系的宇称不会从偶性变 为奇性或从奇性变为偶性。---宇称守恒。 在弱相互作用中，宇称不守恒。1956年，李政道和杨振宁 提出,1957年吴键雄用衰变的实验加以证实，是近代物理 学史中的一个重大突破。1957年，李、杨获诺奖。 6.原子核的结合能
☆ 统计性质：描述全同粒子交换时波函数的对称性 。两个 全同原子核对换，即将两核中的核子一一交换。核子每交 换一次，体系波函数改变一次符号（核子是费米子），总 的符号改变次数 （-1）A 。
对质量数A为奇数的核，交换两核，体系波函数符号改 变，即该种核属费米子。 对质量数A为偶数的核，交换两核，体系波函数符号没 改变，即该种核属玻色子。
36Li 37Li; 23He 24He
它们的化学和一般物理性质几乎 相同，但核性质完全不同！
3
4.原子核的大小和形状
原子核的形状一般为近似椭球，其长短半轴之比一般不大于 5/4，可近似看作球形。核电四极矩是核偏离球形的量度。
由实验得到核半径的经验公式：
R r 0 A 1 /3 r 0 1 .2 ~ 1 .5 fm
放射性衰变、电子、X射线是十九世纪末的三大重要发现，揭开了近 代物理的序幕。
一.原子核的放射性衰变
不稳定的原子核自发地蜕变，变为另一种状态或另一原子核， 同时放出一些射线，这种现象称为原子核的放射性衰变。
主要模式：
衰变
衰变
衰变 9
实验上，衰变能也可由测出的粒子的动能算出。
E d1 2m 21 2m 子 V2 m m 子 V2
Ec2ZR2e
2Z1.442.4 1 1
91 013(5M)ev
1.2A3A3 233 443
(r0=1.2fm, e2=1.44Mev) ; 实验上测得 粒子动能为4.2MeV，远低 于势垒。只有通过量子隧道效应才有一定的几率逃出。
氘核由一个质子和一个中子组成。
m n m p 1 . 0 0 8 6 6 5 u 1 . 0 0 7 2 7 7 u 2 . 0 1 5 9 4 2 u
氘 核 质 量 ： m d 2 .0 1 3 5 5 2 u
112
！
质量亏损：核子质量与组成的原子核质量的差值。
m Z m p(A Z)m nm
E dE 1m m 子
E 1A 4 -4
☆ 粒子能谱
大部分原子核放射的粒子的能量不是单一的，而是有几组不同的分立 值，构成分立的粒子能谱。
放射性现象的研 究是获悉原子核 内部状况的重要 途径之一
11
☆ 衰变的机制
粒子如何跑出原子核，用经典理论很难解释。
238 U 234 T h4H e
在核内， 粒子受到核力吸引（负势能）；在核外， 粒子受到库仑力排斥；在核表面形成一个势垒。 垒高估计：
4
PI I(I 1)
I ：核自旋角动量量子数。为整数或半整数。实验发现：
偶---偶核（中子和质子数都为偶数）自旋为零； 奇---偶核自旋为半整数； 奇---奇核自旋为整数；
☆ 核磁矩
I g2m epPI g
I(I1)e mp
g
I(I1)
5.051027Am2 核磁子
g 由实验确定，有正有负。
5
6.核的统计性质和宇称
V34R334r03AA
m VA3 4A r0 3A u43 u r0 32.3110k 7 g /m 3
原子核的密度近似为一常数，而且核的密度非常大。
5.核自旋和核磁矩
☆ 核自旋 质子和中子都是费米子，具有自旋角动量量子数 1/2。核的角动量是中子的自旋、质子的轨道和自旋之和。习 惯上也称它为原子核的自旋。原子核自旋角动量:
核子结合成原子核过程中亏损的质量，以能量的形式 放出。-----原子核的结合能。
E [Z m p(A Z )m nm ]C 2
7
以原子质量来计算结合能（忽略电子结合能）： E[Zmp(AZ)m nm]C2 [ZmH原 子(AZ)m nm 原 子 ]C2
例：已知
9 4
B
e
的原子质量是9.0121858u，计算该核素的结合能
E [Z m H 原 子 (A Z )m n m 原 子 ]C 2
[1 .0 0 7 8 2 5 2 4 5 1 .0 0 8 6 6 5 4 9 .0 1 2 1 8 5 8 ]u C 2
5 8 .1 6 3 M e v
1uC 2931.5M eV
每个核子的平均（比）结合能：58.163/9=6.463Mev
第九章 原子核和基本粒子简介
9.1 原子核的基本性质
1.原子核的电荷
原子核带正电，原子核的电荷数就是这化学元素的原子序数， 也等于中性原子的核外电荷数。
2.原子核的组成
由质子和中子组成。质子带正电荷，中子不带电。质子和中子 统称为核子。核子的自旋为1/2。质子（p)、中子(n)的质量：
mp 1.00727u7 mn 1.00866u5