《大学物理》课程PPT教学课件（量子力学）原子核物理和粒子物理简介

物质的基本单元 原子 质子、中子、电子 夸克

物质的基本单元 原子 质子、中子、电子 夸克

17-1原子核的基本性质 原子核的质子中子模型 原子核由质子和中子组成。 质子(P):+emn=1.007276 核子 中子(n):电中性mn=1008665 lu=16605655×10-kg 原子核符号 A-质量数=Z+N X N O z-电荷数 X-与Z相应的元素符号

17-1 原子核的基本性质 一、原子核的质子—中子模型 原子核由质子和中子组成。 质子（P）： 中子（n）： 原子核符号 + e mp = 1.007276u 电中性 mn = 1.008665u u . kg 27 1 1 6605655 10− =  核子 X A Z 与 相应的元素符号 电荷数 质量数 X Z Z A Z N − − − = + N O 16 8 14 7

具有相同的质子数而中子数不同的原子核称为同位素 1601030 H 4H h 质子、电子和中子符号 H(P)e on 原子核的体积总是正比于它的质量数 R=Ro R0=120×10m 在一切原子核中,核物质的密度是一个常数。 P=229×10kg.m3

具有相同的质子数而中子数不同的原子核称为同位素。 质子、电子和中子符号 原子核的体积总是正比于它的质量数 O O O 18 8 17 8 16 8 H( P ) e n 1 0 0 1 1 1 1 1 − 1 3 R = R0 A R . m 15 0 1 20 10− =  17 3 2 29 10 −  = .  kg m H H H 3 1 2 1 1 1 在一切原子核中，核物质的密度是一个常数

二、核自旋和磁矩 原子核有自旋,自旋角动量为P=√(I+1) 2丌 Ⅰ-核自旋角动量量子数自旋) 核自旋可以是整数,也可以是半整数。 核自旋的确定: 1质子和中子的自旋Ⅰ 2原子核的质子数和中子数都是偶数时,自旋为零。 3原子核的质子数和中子数都是奇数时, 自旋为非零整数。 4原子核的核子数是奇数时,自旋为1/2的奇数倍

二、核自旋和磁矩 原子核有自旋，自旋角动量为 核自旋可以是整数，也可以是半整数。 1.质子和中子的自旋 2.原子核的质子数和中子数都是偶数时，自旋为零。 2 1 h P I( I ) I = + I − 核自旋角动量量子数（核自旋） 2 1 I = 3.原子核的质子数和中子数都是奇数时， 自旋为非零整数。 4.原子核的核子数是奇数时，自旋为1/2的奇数倍。 核自旋的确定：

原子核有磁矩,以核磁子为单位。 eh 183≈_=3.050×1024.m2 质子的磁矩An=2792782 中子的磁矩An=-19131654 说明: c子的自旋角动量与磁矩方向相反。 中子内部有一定的正负电荷分布,但正负电量相等, 因此不显电性

原子核有磁矩，以核磁子为单位。 质子的磁矩 说明： •中子的自旋角动量与磁矩方向相反。 •中子内部有一定的正负电荷分布，但正负电量相等， 因此不显电性。 p N m eh   4 = 2 7 2 5 050 10 1836 5 1 . A m . N B = =   −   p N  = 2.792782 中子的磁矩 n N  = −1.913165

原子核磁矩与核自旋角动量的关系 川r=sr P,=912m √(I+1) 2 mt 2兀 g√I(I+1) g1-原子核的g因子 原子核磁矩在某一特殊方向的投影 M,-核磁量子数 1.=81MN Mr=I,I-1,…,-(I-1,- 投影最大值 ur=glui

原子核磁矩与核自旋角动量的关系 原子核磁矩在某一特殊方向的投影 投影最大值   2 1 2 2 h I( I ) m e P g m e g p I I p I = I = + gI −原子核的g因子  Iz = gI MI  N MI −核磁量子数 I N = g I(I +1) M I,I , , (I ), I I = −1  − −1 − I I N  = g I

“核磁共振”测定核矩接高频电游!交变磁场 AE=-u Bcos 8 N 样品 1.B=-81M1NB 电磁铁 原子核在磁场中有2+1个可能的能量 B 调节磁铁的励磁电流,使h=AE 样品的原子核从磁场吸收能量,发生能级跃迁。 核磁量子数的选择定则AM,=0,1 核能量改变8AE)=g1NB 当hv=gμ从B原子核从磁场中强烈吸收能量, 称为核磁共振

“核磁共振”测定核磁矩 原子核在磁场中有2I+1个可能的能量 当 E = − I Bcos h = E 核磁量子数的选择定则 MI = 0,1 I B gI MI N B z = − = −  核能量改变  (E ) = gI  N B h = gI  N B B  N 电磁铁 样品 S 接高频电源 交变磁场 调节磁铁的励磁电流，使 样品的原子核从磁场吸收能量，发生能级跃迁。 原子核从磁场中强烈吸收能量， 称为核磁共振

hv=8,unB=.,lL hv B=PLB或H=1B 原子核在磁场中有2H1个核磁能级, 在核磁共振中会出现2+1个共振峰。 吸收 水中Mm离子的顺磁共振峰 2I+1=6 5 B

原子核在磁场中有2I+1个核磁能级， 在核磁共振中会出现2I+1个共振峰。 B I B I g I h g B I N I I N      = = = B h I I  或  = B 吸收 水中Mn++ 离子的顺磁共振峰 2I +1 = 6 2 5 I =

三、核力 核子之间的相互作用力 抵消核子之间的较强的库仑排斥力 核力的特征: 1核力是比电磁力强得多的强相互作用力 主要是吸引力。 2核力是短程力,核子间距离小于1015m时才明显。 3核力与核子带电状况无关。 4核力具有饱和性。 1935年,日本物理学家汤川秀树提出核力的介子理论, 认为核子之间通过交换π介子而发生核力作用

三、核力 核子之间的相互作用力， 抵消核子之间的较强的库仑排斥力。 1.核力是比电磁力强得多的强相互作用力， 主要是吸引力。 2.核力是短程力，核子间距离小于10-15m时才明显。 3.核力与核子带电状况无关。 4.核力具有饱和性。 核力的特征： 1935年，日本物理学家汤川秀树提出核力的介子理论， 认为核子之间通过交换介子而发生核力作用