《人文物理》课程教学课件（讲稿）第7讲 物理学与能源

（特品安典家保人文物雅）业电您与地电$七外第七讲物理学与能源人文物理2013年10月Humanistic Physics主讲：孙晓冬sxdfu@163.com源医疗武汉理工大学精品贵源兴亭部人文物理），导品资服典家课《人文物服》中品安证业享品人大的迎七价物道歌与提平七价物调考瓶理物理学与能源本节主要内容：能源是指人类能够直接或经过转换而获取某种能量的自然资源，是人民生活和经济发展·能源及其分类；的主要基础。·全球能源危机；人类社会的进步离不开能源科学·新能源；的发展，包括如何·音像资料。向大自然索取能源、先进能源技术的使用以及新能源的不断开发。特品安组物享人大物》第七价台电学国花器特品安领共家单 《人女物理》学七价物#尔与道物理学在能源利用和开发过程中的作用物理学是能源科学的基础。正是物理能源利用史的三次革命物理学的贡献学的发展为能源科学的发展和能源的利用提供了理论基础和实验基础，为新能源的改普热机性能，提高热机效蒸汽机的发明和使用开发、利用提供新的途径和方法，如核电率，促进了热力学的发展。（18世纪初）站的发展、太阳能、地热能、海洋能、风能的利用以及可控热核聚变的研究等等。建立完整的电磁理论，制造了发电能的使用电机、电动机、电灯、无线电通（19世纪初）18世纪以来能源利用的几次重大发展信等，改变了人类生活面貌。都与物理学密切相关：原子能的利用建立原子核裂变和核聚变的理（20世纪下半叶）论，建成核电站，解决能源危机

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 1 精品资源共享课——《人文物理》 武汉理工大学 人文物理 Humanistic Physics 主讲：孙晓冬 sxdfu@163.com 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 2 第七讲 物理学与能源 2013年10月 军事 能源 医疗 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 3 本节主要内容： • 能源及其分类； • 全球能源危机； • 新能源； • 音像资料。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 4 4 物理学与能源 能源是指人类能够直接或经过转换而获取 某种能量的自然资源，是人民生活和经济发展 的主要基础。 人类社会的进 步离不开能源科学 的发展，包括如何 向大自然索取能源、 先进能源技术的使 用以及新能源的不 断开发。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 5 物理学是能源科学的基础。正是物理 学的发展为能源科学的发展和能源的利用 提供了理论基础和实验基础，为新能源的 开发、利用提供新的途径和方法，如核电 站的发展、太阳能、地热能、海洋能、风 能的利用以及可控热核聚变的研究等等。 18世纪以来能源利用的几次重大发展 都与物理学密切相关： 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 6 物理学在能源利用和开发过程中的作用 能源利用史的三次革命 物理学的贡献 蒸汽机的发明和使用 （18世纪初） 电能的使用 （19世纪初） 原子能的利用 （20世纪下半叶） 改善热机性能，提高热机效 率，促进了热力学的发展。 建立完整的电磁理论，制造了发 电机、电动机、电灯、无线电通 信等，改变了人类生活面貌。 建立原子核裂变和核聚变的理 论，建成核电站，解决能源危机

，的品发验典家做亿人文物理》，特品安共家保人文验验）七$七饼能源的分类能源的分类1、按能量的来源可以分为2、按照能源的形成可以分为：来自地球外天体的能量：太阳辐射能一次能源：天然能源（原煤、原油、天然气等）地球本身蕴藏的能量：地热能、核能二次能源：人工能源（汽油、煤气、电能等）地球与天体之间的相互作用产生的能量：潮汐能次能源二次能源地球太阳或其它晟球星球引力养品安服美家保忆人大理》车七饼 物#手与范摄导品发服典家保人大物》平七价物城#瓶能源的分类能源与环境二、13、按能源的使用方法可以分为：人类生活依赖能源，能源的使用造成环境污染，危害人类生活。比如，燃料燃燃料能源（不可再生能源）；烧时产生大量的污染物，使大气和水质产非燃料能源（可再生能源）生污染，严重危害人体和动植物的生长。4、按照能源的使用情况可以分为：大气污染所造常规能源：已经被广泛使用的能源成的危害有：酸雨（煤炭、石油、水力）问题，温室效应和新能源：未被大规模利用的能源臭氧层破坏等。（核能、太阳能、海洋能）+，特品安典家领人大的惠》，韩品安课美家课优人文物理》掌七价仙理养与范您本七外 台电学国花品能源造成的大气污染三、能源危机(S0,)人口的增长造成能源的大量消耗；二成化碗春淳报物粉尘等烟客非再生能源面临枯竭。氨载化物(NOX化毒(00)d65年46年汽车排放的废气世弄人口过60亿比19世记来增加2煤、石油等化石能源消耗增加工业生产（加各燃料的燃烧种化工厂、炼焦厂等）过程中产天然气石油公源消耗不断增加生的度气

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 7 一、能源的分类 1、按能量的来源可以分为： 来自地球外天体的能量：太阳辐射能 地球本身蕴藏的能量：地热能、核能 地球与天体之间的相互作用产生的能量：潮汐能 太阳或其它星球 地球 星球引力 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 8 一、能源的分类 2、按照能源的形成可以分为： 一次能源：天然能源（原煤、原油、天然气等） 二次能源：人工能源（汽油、煤气、电能等） 热 柴油 电能 汽油 地热 风能 天然气 原煤 水力 原油 太阳能 一次能源 二次能源 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 9 4、按照能源的使用情况可以分为： 常规能源：已经被广泛使用的能源 （煤炭、石油、水力） 新能源：未被大规模利用的能源 （核能、太阳能、海洋能） 3、按能源的使用方法可以分为： 燃料能源（不可再生能源）； 非燃料能源（可再生能源）。 一、能源的分类 煤 天然气 石油 太阳能 核能 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 10 二、能源与环境 人类生活依赖能源，能源的使用造成 环境污染，危害人类生活。比如，燃料燃 烧时产生大量的污染物，使大气和水质产 生污染，严重危害人体和动植物的生长。 大气污染所造 成的危害有：酸雨 问题，温室效应和 臭氧层破坏等。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 能源造成的大气污染 煤、石油等化石 燃料的燃烧 汽车排放的废气 工业生产（如各 种化工厂、炼焦 厂等）过程中产 生的废气 • 二氧化硫（SO2） • 悬浮颗粒物（烟雾、粉尘等） • 氮氧化物（NOx） • 一氧化碳（CO） 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 12 三、能源危机 人口的增长造成能源的大量消耗； 非再生能源面临枯竭。 世界人口过60亿， 比19世纪末增加2倍 多，能源消耗增加 16倍多

，的品发验典家做亿人文物理》映品发小再生能源三、能源危机能源革命的两大重点是开发新能源能利用的不足，不足、不足！和提高能源的利用率。重点开发太阳能、核能、风能、地热能、海洋能等。海洋能地热带规模受到环境、季太阳能现在的开发节、地理位量等条技术不足件的限制品安证业享品人大的迎开七价物国活摄品资源典家据人文物照七物通的电范品号加拿大皮克灵核电厂核能一一无穷的能源核电站核裂变能如全部利用，杜矿能供使用2400～2800年40亿万吨2千多亿吨海（海水）:美核套站如实现可控核聚变，能供使用上千亿年特品安组物家人大物》龙七外 台电学国花量《特品安课美事媒人大的照七快品零与美馆日本美滨核电站中国山核电站(浙江海盐）电站

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 海洋能 风 能 地热能 13 能源革命的两大重点是开发新能源 和提高能源的利用率。 重点开发太阳能、核能、风能、地 热能、海洋能等。 三、能源危机 太阳能 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 再生能源 水力 风能 潮汐能 规模受到环境、季 节、地理位置等条 件的限制 现在的开发 技术不足 太阳能 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 核能－－无穷的能源 海洋 核裂变能 核聚变能 铀、钍矿石 如全部利用， 能供使用2400 ～2800年 如全部利用， 能供使用2400 ～2800年 氘（来自海水）、锂 40亿万吨 2千多亿吨 如实现可控核聚变，能 供使用上千亿年 如实现可控核聚变，能 供使用上千亿年 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 加拿大皮克灵核电厂 核电站 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 日本美滨核电站 核电站 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 中国秦山核电站（浙江海盐） 核电站

（）特品发部）人文物明特品安服典中园大亚湾核电站（广东深圳）核能核能，又称原子能，它的发现是20世纪最伟大的科学成就之一。从此，人类又获得了一个重要的新能源。核能的利用与原子核物理的发展密切相关。中品安证业享品人大的迎七价物国带电活售(9-核能微观世的里理身四、原子核物理的发展历史与摄管相关的伟大发现1905年爱因斯坦提出质能关系式，奠定了原子核能利用的理论基础。物理学在探索原子和原子核结构方面经过40多年的努力，核物理才开始被应用。可以说，40多年里经过众多科学家几代人艰苦卓绝的努力，才为人类社会迎来了原子能时代。K特品安#共家各人大物题常七价台电学国花量，韩品安课美家课最人大物理》美七价与放射性的发现卢福提出了原子的核式模型1909年，英国物理学家卢慈福在他的学生盖原子核物理学起源于放射性的研究。放射性的发现是人类第一次接触到核现象，因为放射性是来革和马斯登的协助下，发现α粒子轰击原子时，源于原子核衰变。大约每八千个α粒子中有一个发生大角度散射。汤姆逊模型无法对该实验结果做出解释。对天然放射线进一步的研究表明，如果一种元素具有放射性，那么它不论以单质形式存在，还是卢慧福原子模型以某种化合物的形式存在其放射性都不受影响，也卢意福根据实验结果于1911年提出了就是说放射性与元素的化学状态无关。我们知道，元素的化学性质决定于原子核外的电子，因此可以原子的“核式结构模原子桃断定，射线来源于原子核，即原子核是有内部结构型”（也被称为“卢意的。实际上人们认识原子核的结构就是从天然放射福行星模型"）性开始的。23

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 中国大亚湾核电站（广东深圳） 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 20 核 能 核能，又称原子能，它的发现是20世纪最 伟大的科学成就之一。从此，人类又获得了一 个重要的新能源。 核能的利用与原子核物理的发展密切相关。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 21 四、原子核物理的发展历史 1905年爱因斯坦提出质能关系式，奠 定了原子核能利用的理论基础。物理学在 探索原子和原子核结构方面经过40多年的 努力，核物理才开始被应用。可以说，40 多年里经过众多科学家几代人艰苦卓绝的 努力，才为人类社会迎来了原子能时代。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 图1-27 费米 与核能相关的伟大发现 贝克勒耳 居里夫人 约里奥.居里夫妇 费米 查德威克 哈恩 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 23 放射性的发现 原子核物理学起源于放射性的研究。放射性的 发现是人类第一次接触到核现象，因为放射性是来 源于原子核衰变。 对天然放射线进一步的研究表明，如果一种元 素具有放射性，那么它不论以单质形式存在，还是 以某种化合物的形式存在其放射性都不受影响，也 就是说放射性与元素的化学状态无关。我们知道， 元素的化学性质决定于原子核外的电子，因此可以 断定，射线来源于原子核，即原子核是有内部结构 的。实际上人们认识原子核的结构就是从天然放射 性开始的。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 24 1909年，英国物理学家卢瑟福在他的学生盖 年，英国物理学家卢瑟福在他的学生盖 革和马斯登的协助下，发现 α 粒子轰击原子时， 大约每八千个 α 粒子中有一个发生大角度散射。 汤姆逊模型无法对该实验结果做出解释。 卢瑟福根据实验 结果于1911年提出了 原子的“核式结构模 型”（也被称为“卢瑟 福行星模型”） 卢瑟福提出了原子的核式模型 原子核 电子 卢瑟福原子模型

群优人大物成（，特品安典家保《人文验啦》特品光票了+α粒子散射显微镜原子核的发现深远意义硫化锌的闪烁屏使人们对原子结构有了正确的认识，为原子物理的发展奠定了基础；同时，也开始了人类对原子核研究的历史，在人们探索微观世界的道路上又树立了一个新的里程碑。另外，卢慈福散射的方法为材料分析提供了重要的实验手段。α粒子束射向金箔：1/8000被反射，大部分透过。226家课忆人大物理》正七价物温业活量得人文物暖换物摄器狐卢慈福简介卢悉福1871年8月13日出生在新西兰，1894年大学毕业，1895年到英国剑桥大学学习，成为J.J.汤姆孙的研究生。1908年卢意福荣获诺贝尔化学奖，同卢雙福，E.年在曼切斯特大学任教，卢瑟福不仅是一位伟大的科学家，而且是一继续指导他的学生进行α粒位受学者尊敬的导师，在他的学生中有十几位获得了现代科学界最高荣誉一诺贝尔奖，其中包-子散射的实验研究。卢慧福括玻尔、查德威克等。代，特品安#典家课亿人大物理》邓七价台电拳国花量，韩品安课美家课就人文物理》学七静 你服学与美首次人工核反应与质子的发现首次人工核反应与质子的发现卢瑟福在实验中实现了下述核反应：1919年，卢瑟福继承了他的老师汤姆逊的剑桥大学卡文迪许实验室主任的职务。同年他采用如下He+"N-",O+H装置利用212Po放出的α粒子去轰击N原子，实现了历史上第一个人工核反应。卢福发现用硼、氟、钠、铝、磷等做实验，也能打出氢核，因此认为所有元素的原子核中都存在这种带正电的粒子，并于1920年将其命名为"质子（proton），符号为p"。α+'N→O+ p这是人类首次有意识地完成的核反应，使一种元素转变成了另一种元素，标志着核物理时代的开始a0

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 25 θ + - α 粒子散射 α粒子束射向金箔： 1 / 8000被反射，大部分透过。 硫化锌的闪烁屏 显微镜 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 26 使人们对原子结构有了正确的认识， 为原子物理的发展奠定了基础；同时，也 开始了人类对原子核研究的历史，在人们 探索微观世界的道路上又树立了一个新的 里程碑。另外，卢瑟福散射的方法为材料 分析提供了重要的实验手段。 原子核的发现深远意义 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 27 卢瑟福简介 卢瑟福1871年8月13日 出生在新西兰，1894年大 学毕业，1895年到英国剑 桥大学学习，成为J.J.汤姆 孙的研究生。1908年卢瑟 福荣获诺贝尔化学奖，同 年在曼切斯特大学任教， 继续指导他的学生进行α粒 子散射的实验研究。 卢瑟福 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 28 卢瑟福不仅是一位伟大的科学家，而且是一 位受学者尊敬的导师，在他的学生中有十几位获 得了现代科学界最高荣誉――诺贝尔奖，其中包 括玻尔、查德威克等。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 29 1919年，卢瑟福继承了他的老师汤姆逊的剑桥 大学卡文迪许实验室主任的职务。同年他采用如下 装置利用 212Po 放出的 α 粒子去轰击N原子，实现 了历史上第一个人工核反应。 首次人工核反应与质子的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 30 卢瑟福发现用硼、氟、钠、铝、磷等做实 验，也能打出氢核，因此认为所有元素的原子核 中都存在这种带正电的粒子，并于1920年将其命 名为“质子（proton），符号为 p”。 + N→ O + p 17 8 14 α 7 卢瑟福在实验中实现了下述核反应： He N O H 1 1 17 8 14 7 4 2 + → + 这是人类首次有意识地完成的核反应，使一种元 素转变成了另一种元素，标志着核物理时代的开始。 首次人工核反应与质子的发现

品安家享带人大物（特品安典享保人文物雅》+七9铍辐射之谜与中子的发现卢瑟福预言了在原子核中存在中性粒子为了检验卢悉福提出的中性粒子的假说，卡文迪什1920年，卢瑟福在一次演讲中提出实验室从1921年起就开始了原子中可能存在不带电的中性粒子的假实验工作。卢福的早年学设，认为原子核中除了质子外，可能还生和得力助手查德威克目标存在一种由电子和氢核组成的不带电的明确、坚持不懈地进行探中性粒子，他称为双子(doublet)，并断索，历经11年，终于在1932言：“要解释重元素的组成，这种中性年找到了确实的证据。J.Chadwick双子的存在看来是必须的”。12中品安证业享保人大的迎》正七价物国业电活售（，时品费限费家保优人大物照》军七价物城#电票铍辐射之谜与中子的发现铍辐射之谜与中子的发现随后不久，约里奥-居1930年，德国物理学家玻特和他的学里夫妇对这种射线进行研生贝克尔发现，用α粒子轰击铍时，会产究。他们将这种射线打在生一种穿透能力极强的中性射线（当时把含氢的石蜡上，发现有质它称为铍辐射），他们认为这种中性射线子被从石蜡中击出。他们是射线（实际上是中子！）认为这是由光子引起的“康普顿效应”。α+Be→ n+"c就这样，玻特和约里奥-居里夫妇都错过了发现中子的机会！约里奥-居里夫妇在做实验代，特品安#典家课亿人大物理》第七价台电学国花量，韩品安课美家课《人文物理》学七价铍辐射之谜与中子的发现铍辐射之谜与中子的发现查德威克首先验证了这种新射线在磁场中不会1932年，英国物理学家卢偏转，因此判断它是不带电的中性粒子。恶福的学生查德威克重复了上然后，测定这种粒子的速度不到光速的十分之述实验，并证明反应过程中所一，从而排除了它是某种Y射线的可能性。产生的中性射线是由一种质量接着，查德威克又通过巧妙的散射碰撞实验，和质子差不多的中性粒子组成确定这种新粒子的质重与质子差不多。的，他把这种中性粒子称为中子（Neutron）。这样一来，查德威克获得了足够的实验证据，宣布发现一种新的中性粒子一一中子。查德威克因此被授予1935J.Chadwick年诺贝尔物理学奖。德国著名生物学家巴斯德所说：“在观察的领域里，机遇只偏爱那些有准备的头脑

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 31 1920年，卢瑟福在一次演讲中提出 原子中可能存在不带电的中性粒子的假 设，认为原子核中除了质子外，可能还 存在一种由电子和氢核组成的不带电的 中性粒子，他称为双子(doublet) (doublet)，并断 言： “ 要解释重元素的组成，这种中性 双子的存在看来是必须的 ”。 卢瑟福预言了在原子核中存在中性粒子 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 32 为了检验卢瑟福提出的 中性粒子的假说，卡文迪什 实验室从1921 年起就开始了 实验工作。卢瑟福的早年学 生和得力助手查德威克目标 明确、坚持不懈地进行探 索，历经11 年，终于在1932 年找到了确实的证据。 J. Chadwick 铍辐射之谜与中子的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 33 1930年，德国物理学家玻特和他的学 生贝克尔发现，用α 粒子轰击铍时，会产 生一种穿透能力极强的中性射线（当时把 它称为铍辐射） ，他们认为这种中性射线 是 γ 射线（实际上是中子！） 铍辐射之谜与中子的发现 Be n C12 6 9 α+4 → + 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 34 就这样，玻特和约里 奥-居里夫妇都错过了发现 中子的机会! 约里奥-居里夫妇在做实验 随后不久，约里奥-居 里夫妇对这种射线进行研 究。他们将这种射线打在 含氢的石蜡上，发现有质 子被从石蜡中击出。他们 认为这是由γ光子引起的 “康普顿效应”。 铍辐射之谜与中子的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 35 1932年，英国物理学家卢 瑟福的学生查德威克重复了上 述实验，并证明反应过程中所 产生的中性射线是由一种质量 和质子差不多的中性粒子组成 的，他把这种中性粒子称为中 子（Neutron）。 查德威克因此被授予1935 年诺贝尔物理学奖 。 J. Chadwick 铍辐射之谜与中子的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 36 查德威克首先验证了这种新射线在磁场中不会 偏转，因此判断它是不带电的中性粒子。 然后，测定这种粒子的速度不到光速的十分之 一，从而排除了它是某种γ射线的可能性。 接着，查德威克又通过巧妙的散射碰撞实验， 确定这种新粒子的质量与质子差不多。 这样一来，查德威克获得了足够的实验证据， 宣布发现一种新的中性粒子――中子。 德国著名生物学家巴斯德所说：“在观察的 领域里，机遇只偏爱那些有准备的头脑。” 铍辐射之谜与中子的发现

《，特品发典家做#人文物啦》，映品安#典享保各人文物道七9原子核（Nucleus）的结构发现中子的意义1932年德国的海森伯和原苏联的伊万年科独立中子的发现，是核物理学发展中的重发表原子核由质子和中子大事件，是原子核物理发展史上的一个重组成的假设。要里程碑。原子核包含两种粒子：它不仅使人们对原子核的组成有了一中子（Neutron）与质子（Proton）个正确的认识，而且为原子核物理的研究中子与质子的质量相近，约为电子质量的1840倍。提供了有力的武器，是打开原子核大门的一把钥匙。品实摄美零保忆人大物理》军七饼物城卷电瓶盟七价物国收频量家摄美人全的茶S外品发源具人工放射性的发现人工放射性的发现人工放射性的发现，为人类开辟了一个新领域。1934年，法国科学家约里奥·居里夫妇用α粒从此，科学家们不必再只依靠自然界的天然放射性物子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出质来研究间题，大大地推动了核物理学的发展。约里正电子蜕变为硅。奥-居里夫妇因此于1935年被授予诺贝尔化学奖。a+1Al-P+n磷30不稳定，通过放射性衰变转变为硅30：P-si+ie+V产生第一个人工放射性核素的反应！约里奥·居里夫妇代，特品安#典家课亿人大物理》第七价台电学国花器，韩品安课美家课#人文物理》学七饼 你与重核裂变的发现重核裂变的发现中子实验与慢中子效应中子实验与慢中子效应1934年，意大利物理学家费米获1938年诺贝尔物理奖。瑞典科学院宣布费米获费米和他的同事们利用中子去得诺贝尔物理学奖的奖状：轰击从轻到重的几十种原子核，在短短几个月用中子辐照“奖金授予罗马大学费米教了68种元素，其中有47种产生授，以表彰他认证了由中子了新的放射性产物，并发现用轰击所产生的新的放射性元以及他在这一研究中发素，慢中子更容易制造人工放射性。现由慢中子引起的反应。费米费米(1901-1954)(19011954)

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 37 发现中子的意义 中子的发现，是核物理学发展中的重 大事件，是原子核物理发展史上的一个重 要里程碑。 它不仅使人们对原子核的组成有了一 个正确的认识，而且为原子核物理的研究 提供了有力的武器，是打开原子核大门的 一把钥匙。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 38 1932年德国的海森伯 和原苏联的伊万年科独立 发表原子核由质子和中子 组成的假设。 原子核包含两种粒子： 中子（Neutron）与质子（Proton） 中子与质子的质量相近，约为电子质量的1840倍。 海森堡 原子核（Nucleus Nucleus）的结构 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 39 产生第一个人工放射性核素的反应！ 磷30不稳定，通过放射性衰变转变为硅30： + Al→ P + n 30 15 27 α 13 P→ Si+ e + v 0 1 30 14 30 15 人工放射性的发现 1934年，法国科学家约里奥·居里夫妇用α粒 子轰击铝，产生了一个磷的同位素，但很快放出 正电子蜕变为硅。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 40 人工放射性的发现，为人类开辟了一个新领域。 人工放射性的发现，为人类开辟了一个新领域。 从此，科学家们不必再只依靠自然界的天然放射性物 从此，科学家们不必再只依靠自然界的天然放射性物 质来研究问题，大大地推动了核物理学的发展。 质来研究问题，大大地推动了核物理学的发展。约里 奥-居里夫妇因此于1935年被授予诺贝尔化学奖。 约里奥·居里夫妇 人工放射性的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 41 1934年，意大利物理学家 费米和他的同事们利用中子去 轰击从轻到重的几十种原子 核，在短短几个月用中子辐照 了68 种元素，其中有47种产生 了新的放射性产物， 并发现用 慢中子更容易制造人工放射性。 费米 （1901－1954） 中子实验与慢中子效应 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 42 “奖金授予罗马大学费米教 授，以表彰他认证了由中子 轰击所产生的新的放射性元 素，以及他在这一研究中发 现由慢中子引起的反应。” 费米 （1901－1954） 费米获1938年诺贝尔物理 奖。瑞典科学院宣布费米获 得诺贝尔物理学奖的奖状： 重核裂变的发现 中子实验与慢中子效应

《，特品发典家做#人文物啦》《，特品发#典享保人文物雅）重核裂变的发现重核裂变的发现“超铀元素”发现慢中子效应费米等发现：通过石蜡减速之后的慢中1934年5月，费米研究组用中子轰击当时子，更加容易引起人工放射性。周期表上的最后一个元素得到了一种半衰期为13分钟的放射性产物。经分析这种产物费米对实验现象进行了分析，认为是石不属于从铅到铀之间的那些重元素。费为认蜡中存在氢原子，而氢核正是一个质子，其为有可能是产生了“超铀元素”（原子序数大质量与中子几乎相等，中子与氢核发生弹性于92的元素叫超铀元素），但他没有完全确碰撞，速度大大降低，被银原子核俘获的机会增多，因此放射性产物也将大大地增加。定。这其实是重核裂变的最早证据。42S年七价物#收事领摄，特品安服典家得《人大物理》养品资服典家课人女物理》七价物特电瓶品重核裂变的发现重核裂变的发现1938年，约里奥·居里夫人和她的同事们在用慢中子照射铀盐时，分离出了一种化学性质类似于“钢”（Z=57）放射性核素。她在报告这一实验结果时，对中子与铀发生反应，会生成电荷数与靶核离得很远的“”非常不理解。伊伦娜·居里1938年，德国化学家哈恩看到了伊伦娜·居里的文章，认为她搞错了，就和助手斯特拉斯曼立实际上，这正说明了中子使铀核发生了裂变。即重复这一实验，用慢中子轰击铀元素，而且用可惜她离裂变发现仅一步之遥，错失了良机。化学方法分离和检验核反应的产物，确认产物中存在放射性核素钡（Z=56）。代，特品安#典家课亿人大物理》邓七价台电拳国花量，韩品安课美家课#人文物理》七饼 你#与道#重核裂变的发现重核裂变的发现哈恩（OttoHahn，1879-1968）是德国化学1938年底，奥地利女物理学家迈特纳提出核家，因发现核裂变而荣获1944年诺贝尔化学奖。裂变猜想，并称裂变过程要放出大量能量。1912年10月23日德国国皇帝威来METINE80-86梅特纳和弗里希二世到哈恩所在的研究所参观，哈恩对哈恩的实验结果作多少有些炫耀地把他发现的一种镭的出了正确的解释，并同位素呈献给皇帝看，皇帝看到这种首次提出裂变现象。放射性物质的辉光之后龙颜大悦（当时人们还不知道放射性对人体有实验表明，裂变主要害），年轻的哈恩为此十分得意。是两分裂。SREPUINORTERREC50年后他回忆起这件事时后怕地哈恩说：“假如今天我干出这件毫事，肯定1947年，我国物理学家钱三强和何泽慧夫妇(1879-1968)会被投进监狱！”进一步发现了裂变的三分裂和四分裂现象。4748

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 43 “超铀元素” 1934年5月，费米研究组用中子轰击当时 周期表上的最后一个元素铀得到了一种半衰 期为13分钟的放射性产物。经分析这种产物 不属于从铅到铀之间的那些重元素。费为认 为有可能是产生了“超铀元素”（原子序数大 于92的元素叫超铀元素），但他没有完全确 定。这其实是重核裂变的最早证据。 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 44 发现慢中子效应 费米等发现：通过石蜡减速之后的慢中 子，更加容易引起人工放射性。 费米对实验现象进行了分析，认为是石 蜡中存在氢原子，而氢核正是一个质子，其 质量与中子几乎相等，中子与氢核发生弹性 碰撞，速度大大降低，被银原子核俘获的机 会增多，因此放射性产物也将大大地增加。 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 45 1938年，约里奥·居里夫人和她 的同事们在用慢中子照射铀盐时， 分离出了一种化学性质类似于 “镧” （Z＝57）放射性核素。 她在报告这一实验结果时，对 中子与铀发生反应，会生成电荷数 与靶核离得很远的“镧” 非常不理解。 伊伦娜 ⋅ 居里 实际上，这正说明了中子使铀核发生了裂变。 可惜她离裂变发现仅一步之遥，错失了良机。 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 46 1938年，德国化学家哈恩看到了伊伦娜 ⋅ 居里 的文章，认为她搞错了，就和助手斯特拉斯曼立 即重复这一实验，用慢中子轰击铀元素，而且用 化学方法分离和检验核反应的产物，确认产物中 存在放射性核素钡（Z=56）。 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 47 哈恩（Otto Hahn，1879-1968）是德国化学 家，因发现核裂变而荣获1944年诺贝尔化学奖。 1912年10月23日德国国皇帝威廉 二世到哈恩所在的研究所参观，哈恩 多少有些炫耀地把他发现的一种镭的 同位素呈献给皇帝看，皇帝看到这种 放射性物质的辉光之后龙颜大悦 （当 时人们还不知道放射性对人体有 害），年轻的哈恩为此十分得意。 50年后他回忆起这件事时后怕地 说：“假如今天我干出这件蠢事，肯定 会被投进监狱！” 哈恩 （1879-1968） 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 48 梅特纳和弗里希 对哈恩的实验结果作 出了正确的解释，并 首次提出裂变现象。 实验表明，裂变主要 是两分裂。 1947年，我国物理学家钱三强和何泽慧夫妇 进一步发现了裂变的三分裂和四分裂现象。 1938年底，奥地利女物理学家迈特纳提出核 裂变猜想，并称裂变过程要放出大量能量。 重核裂变的发现

特品安品典享做优人女物啦（特品安典享保人文物雅）$七外重核裂变的发现重核裂变的发现梅特纳和弗235U原子核的一种裂变过程：里希用玻尔的液第9周子栋滴模型对裂变的理论解释：“铀核好比是一个时刻额动的液滴，当一个慢中子击中它时，核就振动起来并有可能被拉长，拉中子长了的核液滴更易于受到内部的电的力作用，两个小核液滴互相排，越高越远，最终中间断裂，轴235净子楼成为两个小核。”他们预言是钡和氮。此外，梅特锁141罩手栋纳还根据反应前后物质质量不同，计算出了反应中视变模批放出的巨大熊量平七价物城平有理品安服美家保忆人大物理》养品资服典家课人女物理》著名核物理学家梅特纳著名核物理学家梅特纳(LiseMeitner,1878-1968)梅特纳长期与哈恩合1878年出生于奥地利维也纳，作，为核裂变的研究做出了犹太人，维也纳大学历史上第卓越的贡献，但由于各种偏一个女物理学博士。她长期在见，她一直被拒之于诺贝尔德国工作，由于才华出众，被奖的殿堂之外。称为“德国的居里夫人”。她在一战期间上过战场：二战之前为了纪念她，人们把被迫逃往瑞典；最后定居英国。109号元素命名为由于当时对妇女的偏见，她直Meitnerium（符号Mt）。到一战之后才得以在柏林大学梅特纳与哈恩担任教职，1922年才获得讲课弗里希（OttoFrisch）的权利。梅特纳的外甥誉名的核物理学家（的品安美事保人大物服学七价物#尔道1946年底，中国物理学家钱三强与何泽意在法国居里实验室发现了核裘变的三分裂现象，即裂变碎块有三块(其中之一往往是α粒子)。不过，这种过程的几率很小，约为二分裂的千分之三。钱三强是一代国学大师钱玄同的次子，1932年他与何泽意一同考入清华大学物理系，成为同班同学，1936年毕业时，何泽慧毕业论文夺得全班最高分，钱三强第二。临近毕业的一天，何泽慧落蒋大方地走到钱三强的书桌前，默默地坐在他的对面，“你毕业以后干什么？钱三强一时语塞，…何萍慧生气地向门口走去，不过她又停了下来，回身望誉钱三弱，良久，才转身高去……几天后，何泽意给钱三强送单业照，地等特誉他的话语，但是，他只是低着头看照片。地欲言又止，竟然呼起了钱三强喜爱的那首《满江红》．“怒发冲冠，凭栏处，萧萧雨歌…歌声停了，人也走了中国的居里夫妇”钱三强与何拜冠

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 49 梅特纳和弗 里希用玻尔的液 滴模型对裂变的 理论解释： “铀核好比是一个时刻颤动的液滴，当一个慢 中子击中它时，核就振动起来并有可能被拉长，拉 长了的核液滴更易于受到内部的电的斥力作用，两 个小核液滴互相排斥，越离越远，最终中间断裂， 成为两个小核。” 他们预言是钡和氪。此外，梅特 纳还根据反应前后物质质量不同，计算出了反应中 放出的巨大能量。 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 50 235U 原子核的一种裂变过程: 重核裂变的发现 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 51 著名核物理学家梅特纳 (Lise Meitner, 1878-1968) ， 1878年出生于奥地利维也纳， 犹太人，维也纳大学历史上第 一个女物理学博士。她长期在 德国工作，由于才华出众，被 称为“德国的居里夫人”。她在 一战期间上过战场；二战之前 被迫逃往瑞典；最后定居英国。 由于当时对妇女的偏见，她直 到一战之后才得以在柏林大学 担任教职，1922年才获得讲课 的权利。 弗里希（Otto Frisch） 梅特纳的外甥 著名的核物理学家 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 52 梅特纳长期与哈恩合 作，为核裂变的研究做出了 卓越的贡献，但由于各种偏 见，她一直被拒之于诺贝尔 奖的殿堂之外。 为了纪念她，人们把 109号元素命名为 Meitnerium（符号Mt）。 梅特纳与哈恩 著名核物理学家梅特纳 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 “中国的居里夫妇” 钱三强与何泽慧 53 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 54 1946年底，中国物理学家钱三强与何泽慧在法国居里实验室发现 了核裂变的三分裂现象，即裂变碎块有三块(其中之一往往是α粒子)。 不过，这种过程的几率很小，约为二分裂的千分之三。 几天后，何泽慧给钱三强送毕业照······，她等待着他的话语，但是，他 只是低着头看照片······。 她欲言又止，竟然哼起了钱三强喜爱的那首《满江 红》： “怒发冲冠，凭栏处，萧萧雨歇 凭栏处，萧萧雨歇······” 歌声停了，人也走了······ 临近毕业的一天，何泽慧落落大方地走到钱三强的书桌前，默默地坐在 他的对面，⋅⋅⋅⋅⋅⋅ “你毕业以后干什么？” 钱三强一时语塞，⋅⋅⋅⋅⋅⋅ 何泽慧生气地 向门口走去，不过她又停了下来，回身望着钱三强，良久，才转身离去 向门口走去，不过她又停了下来，回身望着钱三强，良久，才转身离去⋅⋅⋅⋅⋅⋅ 钱三强是一代国学大师钱玄同的次子，1932年他与何泽慧一同考入清华 大学物理系，成为同班同学。1936年毕业时，何泽慧毕业论文夺得全班最高 分，钱三强第二。 分，钱三强第二

特品安服典客带你人大物理》（）特品发部）课各人女物雅$七外核裂变能1936年毕业后，钱三离到北平物理研究所工作。1937年他来到巴蒙大学错学研究所居里实验室师从约里奥一居里夫妇，并于1940年获博士学位。此核裂变能：重核裂变为两个中等质量的核时放出后，先后在里昂大学和屠里实验室工作。的能量。Ya何泽意大学毕业后于1936年赴稳国柏林工业东西读研充生，研究弹道学，于1940年获工学博士学位。随后到海德堡大学工作，在博特（WaltherBothe，1954年诺贝尔物理奖得主）指导下，于1945年从云室中发现了正电子和负电子之间的弹性碰捷现象，1946年英国（Nature》杂志称之为"科学珍品"。中干11946年，二战结束后的第一个睿天，何泽意从稳国来到巴票，他们如期举行了婚礼．约里奥一后里向新郎、新娘祝贺新婚…talo)o婚后不久，二人一起发现了核囊变的三分裘现象，何萍意还首先观寨到核裂变能非常巨大：1kg铀全部裂变放出的原子能了四分裂现象；约里奥一居里认为这是第二次世界大战之后他的实验室里的一相当于2500吨优质煤完全燃烧时所放出的化学能。要成就。他们因此被替为“中国的居里夫妇。特品安服美保人大物迎正七价物温业活理，时品费限典家保优人大物照》平七价物调考瓶理链式反应费米提出链式反应概念用中子轰击铀核，使钳核发生裂变，释放出大量能量。铀核分裂时，还同时放出2-3个中子，又可以轰击其它铀核，使它们也发生裂变。这些铀核分裂时，同样放出中子，从而引起更多的核发生裂变，于是裂变反应便会费米连锁式地自行持续下去，这种现象叫做链式反应。重核裂变的链式反应57，特品安典家课人大的惠》茅七价台#养河花量，#品安课美家课《人文的》学七价物#尔与道链式反应中子的能量核裂变放出的中子按能量大小分为：快中子和热中子如果对裂变的链式钟-235吸收热中子发生裂变反应的概率远远反应不加控制，在极短大于吸收快中子发生裂变反应的概率；时间（约百万分之几秒）采用慢化剂将快中子慢化成为热中子。会释放出大量核能，发生猛烈爆炸。原子弹就是根据这个原理制成的

精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 55 1946年，二战结束后的第一个春天，何泽慧从德国来到巴黎，他们如期 举行了婚礼。 约里奥-居里向新郎、新娘祝贺新婚······ 1936年毕业后，钱三强到北平物理研究所工作。1937年他来到巴黎大学 镭学研究所居里实验室师从约里奥-居里夫妇，并于1940年获博士学位。此 后，先后在里昂大学和居里实验室工作。 何泽慧大学毕业后于1936年赴德国柏林工业东西读研究生，研究弹道 学，于1940年获工学博士学位。随后到海德堡大学工作，在博特(Walther Walther Bothe,1954年诺贝尔物理奖得主 年诺贝尔物理奖得主)指导下，于1945年从云室中发现了正电子和 年从云室中发现了正电子和 负电子之间的弹性碰撞现象，1946年英国《Nature》杂志称之为“科学珍品”。 婚后不久，二人一起发现了核裂变的三分裂现象，何泽慧还首先观察到 了四分裂现象；约里奥-居里认为这是第二次世界大战之后他的实验室里的一 个重要成就。他们因此被誉为“中国的居里夫妇 中国的居里夫妇”。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 56 核裂变能 核裂变能：重核裂变为两个中等质量的核时放出 的能量。 核裂变能非常巨大：1kg铀全部裂变放出的原子能 相当于2500吨优质煤完全燃烧时所放出的化学能。 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 57 用中子轰击铀核，使铀核 发生裂变，释放出大量能量。 铀核分裂时，还同时放出2-3个 中子，又可以轰击其它铀核， 使它们也发生裂变。 这些铀核分裂时，同样放 出中子，从而引起更多的铀核 发生裂变，于是裂变反应便会 连锁式地自行持续下去，这种 现象叫做链式反应。 费米提出链式反应概念 费米 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 58 中子 链式反应 重核裂变的链式反应 巨大能量 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 59 如果对裂变的链式 反应不加控制，在极短 时间（约百万分之几秒） 会释放出大量核能，发 生猛烈爆炸。 原子弹就是根据这 个原理制成的。 链式反应 精品资源共享课《人文物理》 第七讲 物理学与能源 60 核裂变放出的中子按能量大小分为： 快中子和热中子 铀-235吸收热中子发生裂变反应的概率远远 大于吸收快中子发生裂变反应的概率； 采用慢化剂将快中子慢化成为热中子。 中子的能量