《普通物理学》课程教学资源（PPT课件）第十五章 原子核物理和粒子物理简介 15-1 原子核的基本性质

§15-1原子核的基本性质 一、原子核的电荷和质量 1.原子核的电荷 原子核带有正电荷，原子核中的电荷由质子数Z 决定，质子数Z等于核外电子数，它决定了原子在周 期表中的位置与次序，因此Z又称为原子序数。 原子核所带电量是电子电量的整数倍：q=Z 让式不觉返司退

上页 下页 返回 退出 原子核带有正电荷，原子核中的电荷由质子数Z 决定，质子数Z等于核外电子数，它决定了原子在周 期表中的位置与次序，因此Z又称为原子序数。 原子核所带电量是电子电量的整数倍：q=Ze 1.原子核的电荷 §15-1 原子核的基本性质 一、原子核的电荷和质量

2.原子核的质量 原子核的质量等于原子的质量减去核外电子的 质量。由于核外电子的质量极小，原子核的质量与 原子的质量相差极小。 原子核的质量等于质子的质量加中子的质量。 原子质量单位(：选碳的同位素2原子质量 的1/12为一个原子质量单位(u: 1 12×10-3 lu 126.022×1023 =1.6606×1027kg 女意不贰通回退

上页 下页 返回 退出 原子质量单位(u)：选碳的同位素 原子质量 的1/12为一个原子质量单位(u)： 12 6 C 2.原子核的质量 3 27 23 1 12 10 1 1.6606 10 12 6.022 10 u kg −  − =  =   原子核的质量等于原子的质量减去核外电子的 质量。由于核外电子的质量极小，原子核的质量与 原子的质量相差极小。 原子核的质量等于质子的质量加中子的质量

几种同位素的原子质量 同位素 原子质量/u 同位素 原子质量/u 1.007825 12.00000 3H 2.014102 6 13.003354 3H 3.016050 Na 22.989773 3He 3.016030 SCu 62.929594 He 4.002603 8U 9 238.04861 让元不觉返司退

上页 下页 返回 退出 同位素 原子质量/u 同位素 原子质量/u 238 92U 22.989773 62.929594 238.04861 12.00000 13.003354 23 11Na 63 29Cu 12 6 C 13 6 C 1 1 H 2 1 H 3 1 H 3 2 He 4 2 He 1.007825 2.014102 3.016050 3.016030 4.002603 几种同位素的原子质量

由表可见，以“原子质量单位”()计算原子的质 量时，原子质量都接近于一个整数，这个整数称为 原子核的质量数，或称核子数，以A表示。 原子核通常用质量数(4)和电荷数（☑）来表示.若某 化学元素符号用X来表示，则该原子核表示为：X 核素：Z和A都相同的原子核称为某种核素。 同位素：Z相同而A不同的原子核称为同位素。同 位素有稳定同位素和放射性同位素之分。 放射性同位素：自发地衰变为其他元素，同时放 出一高能粒子

上页 下页 返回 退出 原子核通常用质量数(A)和电荷数(Z)来表示.若某 化学元素符号用X来表示，则该原子核表示为： 由表可见，以“原子质量单位”(u)计算原子的质 量时，原子质量都接近于一个整数，这个整数称为 原子核的质量数，或称核子数，以A表示。 同位素：Z相同而A不同的原子核称为同位素。同 位素有稳定同位素和放射性同位素之分。 核素：Z和A都相同的原子核称为某种核素。 放射性同位素：自发地衰变为其他元素，同时放 出一高能粒子。 X A Z

二、原子核的大小和形状 1.原子核的大小 原子核的半径大约10-14-10-15m,是原子 半径的104_10-5倍。 实验指出，核的体积正比于质量数A。若把原 子核看作球体，则 4 号TR3oeA,R3cA,R0A3 3 fm为飞米，则上式可写为 R=R4 (R=1.2×10-15m=1.2fm) R=1.243fm 让元子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 1. 原子核的大小 原子核的半径大约 10-14—10-15 m , 是原子 半径的 10-4— 10-5倍。 实验指出，核的体积正比于质量数A。若把原 子核看作球体，则 fm为飞米，则上式可写为 二、原子核的大小和形状 4 3 3 πR A  ， 3 R A  ， 1  3 R A 1 3 R R A = 0 15 0 ( 1.2 10 1.2 R m fm) − =  = 1 3 R A =1.2 fm

根据上式可以算得C、1O、7Ag和8U核的半径分别为 ☒无法显示该图片 12C:R≈1.2×123=2.7fm 80:R≈1.2×163=3.0fm 19Ag:R≈1.2×1073=5.7fm 1 2$U:R≈1.2×2383=7.4fm 上贰子元道同退此

上页 下页 返回 退出 根据上式可以算得 12 6C、 16 8 O、 107 47 Ag 和 238 92 U 核的半径分别为 12 6 2.7 3.0 5.7 238 7.4 1 3 1 16 3 8 1 107 3 47 1 238 3 92 C: 1.2 12 fm O: 1.2 16 fm Ag: 1.2 107 fm U: 1.2 fm   =   =   =   = R R R R

2.原子核的形状 以上我们假定原子核是球体。原子核是一个 电荷系统，若原子核是球体，它所带的电荷是均 匀分布的。事实上，用精密光谱仪分析发现原子 光谱中有来源于原子核电四极矩的超精细结构， 说明原子核的电荷分布大多应为旋转椭球体，而 核物质分布与电荷分布类似。一般椭球的长轴与 短轴之比不超过5/4，与球体偏离不大，所以可 把这些原子近似地看作球体。但有些原子核本身 就是球体，如0。下图画出了U和0两个原 子核的形状尺寸示意图。 让式不觉返司退

上页 下页 返回 退出 2. 原子核的形状 以上我们假定原子核是球体。原子核是一个 电荷系统，若原子核是球体，它所带的电荷是均 匀分布的。事实上，用精密光谱仪分析发现原子 光谱中有来源于原子核电四极矩的超精细结构， 说明原子核的电荷分布大多应为旋转椭球体，而 核物质分布与电荷分布类似。一般椭球的长轴与 短轴之比不超过5/4，与球体偏离不大，所以可 把这些原子近似地看作球体。但有些原子核本身 就是球体，如 。下图画出了 和 两个原 子核的形状尺寸示意图。 16 8 O 16 8 O 238 92U

6.8fm 3.2fm 8.9fm 16 8 238U 92 0和238U核的形状 让意子家道可退此

上页 下页 返回 退出 3.2fm 6.8fm 8.9fm 16 8 O 238 92U 和 核的形状 16 8 O 238 92U

核子密度/fim3 0.2 Co 22 Sb 197AU 0.1 4 678 r/fm 核物质的分布曲线 让元子觉道司退欢

上页 下页 返回 退出 0.1 0.2 0 2 4 6 7 8 16O 59Co 122Sb197Au 核子密度/ 3 fm− r fm 核物质的分布曲线

例题15-1计算原子核物质密度。 解：设原子核的质量、半径和密度分别为m、R和D m Au ≈2 4π 4 (1.2×10-15Am) 3 =2.3×107kg/m3 由上式可知： (a)各种原子核应有相同的核物质密度。 b)原子核密度数值是极其巨大的，与“中子星”的 密度相当。像一个乒乓球那么大的核物质，其重量 约为20亿吨。 上意子元道觉退此

上页 下页 返回 退出 例题15-1 计算原子核物质密度。 解: 设原子核的质量、半径和密度分别为m、R和  1 3 15 3 3 2 4 4 (1.2 10 ) 3 3 π π − = =   m m Au V R A m  17 3 =  2.3 10 / kg m (b)原子核密度数值是极其巨大的，与“中子星”的 密度相当。像一个乒乓球那么大的核物质，其重量 约为20亿吨。 由上式可知： (a)各种原子核应有相同的核物质密度