第25章 原子核和粒子物理簡(jiǎn)介

第25章原子核與粒子物理簡(jiǎn)介◆本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解原子核的電荷、質(zhì)量、大小，核反應(yīng)及核反應(yīng)中守恒定律、原子核的裂變、宇宙射線；2．掌握放射性衰變的規(guī)律、核反應(yīng)規(guī)律.本章教學(xué)內(nèi)容1．原子核的電荷、質(zhì)量、大?。?．放射性衰變規(guī)律；3．原子核反應(yīng)、原子能；4．粒子物理簡(jiǎn)介?！舯菊陆虒W(xué)重點(diǎn)1．放射性衰變規(guī)律；2．原子核反應(yīng)、原子能。本章教學(xué)難點(diǎn)1．放射性衰變規(guī)律；2．原子核反應(yīng)、原子能?！舯菊聦W(xué)習(xí)方法建議及參考資料1．注意講練結(jié)合。。2．注意依據(jù)學(xué)生具體情況安排本章進(jìn)度參考教材諸圣麟，《原子物理學(xué)》，高等教育出版，1979年6月

§25.1原子核的電荷質(zhì)量大小一、原子核的電荷：帶電性：原子核與核外電子所帶電荷等值反號(hào)。Z的范圍Z的測(cè)量二、原子核的質(zhì)量：原子的質(zhì)量與核外電子質(zhì)量之差，再加上上原子中所有電子結(jié)合能相聯(lián)系的質(zhì)量。計(jì)算公式忽略結(jié)合能核素：質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相同的一類原子核，成為核素同位素：相同質(zhì)子數(shù)，不同質(zhì)量數(shù)的核素。同量異位素：質(zhì)量數(shù)相同質(zhì)子數(shù)不同的核素。同質(zhì)異能素：質(zhì)子數(shù)和質(zhì)量數(shù)都相同的核素。三、原子核的大小原子核半徑和質(zhì)量數(shù)關(guān)系：原子核體積：r0為常數(shù)：r0＝（1.2－1.5）×10－15ｍ原子核平均密度：代入r0及阿佛加德羅常數(shù)得：四、原子核的質(zhì)量能質(zhì)能關(guān)系：質(zhì)量虧損：原子核質(zhì)量總是小于組成它質(zhì)子和中子質(zhì)量之和，差值即為質(zhì)量虧損。原子核的結(jié)合能：原子核之間有一種很強(qiáng)的吸引力－核力，雖然質(zhì)子之間有庫侖力也不能把它們分開，與原子核處在自由態(tài)相比原子核處在勢(shì)能為負(fù)的狀態(tài)，是說核子結(jié)合成原子核時(shí)能量減小了，要釋放能量，這個(gè)能量就叫做結(jié)合能平均結(jié)合能：原子核中平均每個(gè)核子結(jié)合能：

§25.2放射性衰變規(guī)律一、天然放射性的發(fā)現(xiàn)1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾研究能發(fā)出磷光的鈾礦石時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種穿透力很強(qiáng)、能使照片感光的射線。同年居里夫人也發(fā)現(xiàn)了自然界中的釷也有類似的放射性。二、放射性衰變的規(guī)律（1）放射性衰變的規(guī)律：某一放射性物質(zhì)的衰變率是與當(dāng)時(shí)存在的原子核數(shù)目成正比的取T＝0時(shí)刻放射性原子核數(shù)目為N0，原子核質(zhì)量為m0（2）衰變常數(shù):半衰期:放射性核素衰變掉一半所需要得時(shí)間平均壽命：三、放射系遞次衰變系列統(tǒng)稱為放射系。每個(gè)放射系經(jīng)過連續(xù)衰變，隨后到達(dá)穩(wěn)定的鉛同位素。（1）釷系（2）鈾系（3）錒系（4）镎系其中每個(gè)核素的質(zhì)量數(shù)滿足A=4n+1，n為正數(shù).

§25.3原子核反應(yīng)原子能一、核反應(yīng)及核反應(yīng)中守恒定律1．原子核反應(yīng)是指和受激嬗變，原子核被具有一種能量的粒子轟擊，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N原子核的過程。核反應(yīng)可用下列方程表示為：或縮寫為：x，y分別為入射粒子和出射粒子，X為靶核，Y為核反應(yīng)后剩余的核。（1）歷史上第一個(gè)人工反應(yīng)：一個(gè)加速器上實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)生第一個(gè)人工放射系核素的反應(yīng)（4）導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)中子的反應(yīng)2．核反應(yīng)中的守恒律（1）電荷守恒：，反應(yīng)前后電荷不變（2）質(zhì)量數(shù)守恒：，反應(yīng)前后總質(zhì)量數(shù)不變（3）總質(zhì)量守恒：，反應(yīng)前后總質(zhì)量不變（4）總能量守恒：其中，。反應(yīng)前后，體系總能量不變（5）動(dòng)量守恒，反應(yīng)前后體系動(dòng)量不變（6）角動(dòng)量守恒：反應(yīng)前后，體系有關(guān)粒子的角動(dòng)量不變。二、反應(yīng)能和Q方程1．反應(yīng)能核反應(yīng)過程中吸收或放出的能量，通常用Q表示反應(yīng)能，其中，分別表示靶核、入射粒子，剩余核，出射粒子的動(dòng)能；分別表示靜止質(zhì)量根據(jù)反應(yīng)能的定義有θPθPxPyPyPx由質(zhì)量虧損：例如：核反應(yīng)，反應(yīng)前后各原子的質(zhì)量分別為則，2．Q方程根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量反應(yīng)中有關(guān)粒子的動(dòng)能求Q值由動(dòng)量守恒由余弦定理：因?yàn)?三、原子核的裂變1．原子核裂變的發(fā)現(xiàn)裂變反應(yīng)U235UU235U235U235裂變時(shí)時(shí)釋放中子鏈?zhǔn)椒磻?yīng)條件2．原子反應(yīng)堆（1）基本原理：可控制的中子引起連續(xù)進(jìn)行的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為此，只要（2）反應(yīng)堆的應(yīng)用：作為核動(dòng)力，產(chǎn)生放射性核素。四、原子核的聚變1．輕核聚變?cè)雍酥g的距離小于10fm時(shí)才會(huì)有核力作用，此時(shí)庫侖勢(shì)壘的高度為勞厄判據(jù)2．太陽能（1）碳氮循環(huán)（2）質(zhì)子－質(zhì)子循環(huán)3．氫彈

§20.4粒子物理簡(jiǎn)介一、宇宙射線1．宇宙射線成分電子電子核電子電子核電子電子光子核光子電子正電子韌致輻射光子轉(zhuǎn)變成正負(fù)電子對(duì)形成簇射1．正電子理論預(yù)言及發(fā)現(xiàn)2．反粒子m0m0c2O-m0c2