《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.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《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.ppt（29页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出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 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出原子质量单位原子质量单位(u)：选碳选碳的的同位素同位素 原子质量原子质量的的
2、1/121/12为一个原子质量单位为一个原子质量单位(u)：2.2.原子核的质量原子核的质量 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。原子核的质量等于质子的质量加中子的质量。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出同位素同位素原子质量原子质量/u同位素同位素原子质量原子质量/u几种同位素的原子质量几种同位素的原子质量上页上页 下页下页 返回返回 退出退出
3、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 原子核通常用质量数原子核通常用质量数(A)和电荷数和电荷数(Z)来表示来表示.若若某化学元素符号用某化学元素符号用X X来表示，则该原子核表示为：来表示，则该原子核表示为：由表可见，以由表可见，以“原子质量单位原子质量单位”(u)计算原子的计算原子的质量时，原子质量都接近于一个整数质量时，原子质量都接近于一个整数，这个整数称为这个整数称为原子核的质量数，或称核子数，以原子核的质量数，或称核子数，以A表示。表示。同位素：同位素：Z相同而相同而A不同的原子核称为同位素。同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。位素有稳定同位素和放射性同
4、位素之分。核素核素：Z和和A都相同的原子核称为某种核素。都相同的原子核称为某种核素。放射性同位素：放射性同位素：自发地衰变为其他元素，同时放自发地衰变为其他元素，同时放出一高能粒子。出一高能粒子。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出1.1.原子核的大小原子核的大小 原子核的半径大约原子核的半径大约 10-1410-1-15 m,是原子是原子半径的半径的 10-4 10-5倍倍。实验指出，核的体积正比于质量数实验指出，核的体积正比于质量数A。若。若把原把原子核看作球体，则子核看作球体，则fmfm为飞米，则上式可写为为飞米，则上式可写为二、原子核的大小和形状
5、二、原子核的大小和形状上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出根据上式可以算得根据上式可以算得半径分别为半径分别为核的核的和和上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出2.2.原子核的形状原子核的形状 以上我们假定原子核是球体。原子核是一个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，光谱中有来源于原子核电四极矩的超精细结构，
6、说明原子核的电荷分布大多应为旋转椭球体，而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短轴之比不超过5/4，与球体偏离不大，所以可与球体偏离不大，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，如就是球体，如 。下。下图画出了图画出了 和和 两个原两个原子核的形状尺寸示意图。子核的形状尺寸示意图。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出3.2fm6.8fm8.9fm 和和 核的形状核的形状上页上页 下页下页 返回
7、返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出0.10.2024678核子密度核子密度/核物质的分布曲线核物质的分布曲线上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出例题例题15-1 计算原子核物质密度。计算原子核物质密度。解解:设原子核的质量、半径和密度分别为设原子核的质量、半径和密度分别为m、R和和(b)原子核密度数值是极其巨大的，与原子核密度数值是极其巨大的，与“中子星中子星”的的密度相当。像一个乒乓球那么大的核物质，其重量密度相当。像一个乒乓球那么大的核物质，其重量约为约为2020亿吨。亿吨。由上式可知由上式可知：(a)各种原子核应有相同的核物质密度
8、各种原子核应有相同的核物质密度。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 质子和中子统称质子和中子统称为核子，原子核由为核子，原子核由Z个质子和个质子和 个中子构成个中子构成。三、原子核的组成三、原子核的组成上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出1.1.原子核的组成之一：质子原子核的组成之一：质子 1919 1919年卢瑟福曾用年卢瑟福曾用 粒子轰击氮核，结果产生粒子轰击氮核，结果产生一个氧核和一个氢核。这说明氮核中确定存在有一个氧核和一个氢核。这说明氮核中确定存在有氢核。于是断定氢核是构成其他原子核的带电的氢核。于是断
9、定氢核是构成其他原子核的带电的基本粒子，并定名为质子，用符号基本粒子，并定名为质子，用符号p表示。质子的表示。质子的质量为质量为 氢原子核有最小的电荷数和质量数，而其他氢原子核有最小的电荷数和质量数，而其他原子核的原子核的电荷恰好是氢核电荷的整数倍。那么，电荷恰好是氢核电荷的整数倍。那么，各种原子核是否由氢原子核组成？各种原子核是否由氢原子核组成？上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出2.原子核的组成之二：中子原子核的组成之二：中子 从从AZ可见，一个可见，一个 的原子核并非仅包含的原子核并非仅包含Z Z个质子个质子。1930 1930年玻特和贝克用年玻特
10、和贝克用 粒子轰击铍核时，粒子轰击铍核时，发现有一种不带电的粒子射线放出来。这粒子发现有一种不带电的粒子射线放出来。这粒子后来命名为中子。中子是一种构成其他原子核后来命名为中子。中子是一种构成其他原子核的不带电的另一个基本粒子，用符号的不带电的另一个基本粒子，用符号n n表示，表示，其质量与质子相近。其质量与质子相近。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 后来宇宙中还发现了大量由中子聚合而成后来宇宙中还发现了大量由中子聚合而成的中子星。的中子星。中子在原子核中是构成核的稳定粒子，但在中子在原子核中是构成核的稳定粒子，但在核外并不稳定，一个核外的自由中子的
11、平均寿命核外并不稳定，一个核外的自由中子的平均寿命约为约为1515分钟，它将衰变为一个质子、一个电子和分钟，它将衰变为一个质子、一个电子和一个反中微子（一个反中微子（），因此自由中子是有放射性），因此自由中子是有放射性的。的。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 原子核由原子核由Z个质子和个质子和 个中子构成。是一种什个中子构成。是一种什么力使质子与质子，质子与中子，中子与中子紧紧么力使质子与质子，质子与中子，中子与中子紧紧地束缚在一起？是电磁力？不是！质子带正电，在地束缚在一起？是电磁力？不是！质子带正电，在 的线度范围内，斥力是很大的。中子又不带电。
12、不的线度范围内，斥力是很大的。中子又不带电。不可能是电性力使质子与中子聚集成原子核；是万有可能是电性力使质子与中子聚集成原子核；是万有引力？更不是！万有引力太小，它仅是电磁力的引力？更不是！万有引力太小，它仅是电磁力的 。研究发现，是一种叫作核力的强相互作用力。研究发现，是一种叫作核力的强相互作用力。四、核力和介子四、核力和介子上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出4.核力与核子是否带电无关。在质子与质核力与核子是否带电无关。在质子与质 子间、子间、质子与中子间、中子与中子间，核力的大小和质子与中子间、中子与中子间，核力的大小和特性都大致相同。特性都大致相
13、同。3.3.核力具有核力具有“饱和饱和”作用，即一个核子只能和它作用，即一个核子只能和它 紧邻的核子有核力相互作用，而不能与核内较紧邻的核子有核力相互作用，而不能与核内较 远的核子有核力相互作用。远的核子有核力相互作用。2.2.核力是短程力。只有核子间的距离为几个核力是短程力。只有核子间的距离为几个 fm fm(约约2fm2fm)之内，核力才显示出来之内，核力才显示出来。1.1.核力比电磁力强核力比电磁力强100100多倍，是强相互作用力多倍，是强相互作用力。核力的性质核力的性质上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 核子间的相互作用是一个核子放出一个核子
14、间的相互作用是一个核子放出一个 介子，介子，然后被另一个核子吸收而形成的，所以核力是一种然后被另一个核子吸收而形成的，所以核力是一种交换力。交换力。介子有三种荷电状态：带正电介子有三种荷电状态：带正电()、中性中性()、带负电带负电()核力的核力的 介子理论介子理论 1935 1935年日本物理学家汤川秀树受到库仑力的作用年日本物理学家汤川秀树受到库仑力的作用是由电荷交换光子而产生的启发，提出了核力的是由电荷交换光子而产生的启发，提出了核力的 介子介子 ，并于，并于19471947年得到证实（质量是电子的年得到证实（质量是电子的270270倍）。汤川倍）。汤川秀树因此获得秀树因此获得19491
15、949年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出(a)质子与质子间交换质子与质子间交换 介子介子:质子放出质子放出 介子，介子，同时被另一质子吸收，每一核子的电荷不变；同时被另一质子吸收，每一核子的电荷不变；(b)(b)中子与中子间交换中子与中子间交换 介子：中子放出介子：中子放出 介介 子，同时被另一中子吸收，每一核子的电荷子，同时被另一中子吸收，每一核子的电荷 不变；不变；核子交换核子交换 介子有以下几种形式：介子有以下几种形式：上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出(c)质子与
16、中子间交换质子与中子间交换 介子：质子放出一个介子：质子放出一个 介子被中子吸收，同时质子转化为中子，中子转介子被中子吸收，同时质子转化为中子，中子转 化为质子；化为质子；(d)中子与质子间交换中子与质子间交换 介子：中子放出一个介子：中子放出一个 介子被质子吸收，同时中子转化为质子，质子介子被质子吸收，同时中子转化为质子，质子 转化为中子。转化为中子。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出质子与质子间和中子与中子间的相互作用示意图质子与质子间和中子与中子间的相互作用示意图nnnnpppp上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回
17、退出退出nnpp中子与质子间的相互作用中子与质子间的相互作用ppnn上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出1.1.核的自旋角动量核的自旋角动量 质子和中子的自旋量子数都是质子和中子的自旋量子数都是1/21/2，因此都服因此都服从费米从费米-狄拉克统计规律，其自旋角动量为狄拉克统计规律，其自旋角动量为五、核子和核的自旋与磁矩五、核子和核的自旋与磁矩核的自旋角动量也是核的自旋角动量也是上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出2.2.核子的磁矩核子的磁矩质子的磁矩：质子的磁矩：中子的磁矩：中子的磁矩：其中其中，是核磁矩的单位，
18、称为核磁子。是核磁矩的单位，称为核磁子。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出原子核的自旋量子数和磁矩原子核的自旋量子数和磁矩磁矩磁矩自旋自旋量子数量子数核核磁矩磁矩自旋自旋量子数量子数 核核上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出六、核磁共振六、核磁共振 由于每个原子核都有自旋和磁矩，当有恒定外磁由于每个原子核都有自旋和磁矩，当有恒定外磁场场B作用时，原子核在磁场中产生旋进。如果此时在作用时，原子核在磁场中产生旋进。如果此时在稳恒磁场稳恒磁场 的垂直方向再加一交变磁场的垂直方向再加一交变磁场 ，交变磁场，交变磁场 的频
19、率在射频范围。当交变磁场的频率在射频范围。当交变磁场 的频率与原子的的频率与原子的旋进率相等时，产生共振吸收；当射频交变磁场旋进率相等时，产生共振吸收；当射频交变磁场 撤撤去后，磁矩又把这部分能量以辐射的形式释放出来，去后，磁矩又把这部分能量以辐射的形式释放出来，产生共振发射。这一共振吸收和共振发射过程就称为产生共振发射。这一共振吸收和共振发射过程就称为核磁共振。核磁共振。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 核磁矩在磁场核磁矩在磁场 中受到作用，具有能量中受到作用，具有能量 ，而该，而该能量是量子化的能量是量子化的:氢核在外磁场中的能级氢核在外磁场中的
20、能级Bp pE2E1上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 用射频电磁波照射，核磁矩吸收的能量等用射频电磁波照射，核磁矩吸收的能量等于射频辐射电磁波于射频辐射电磁波(其频率为其频率为 )的能量的能量:核磁共振首先用于精确测量核磁矩，核磁共振首先用于精确测量核磁矩，1945年年布洛克和泊塞尔分别用核磁共振方法测量了核磁布洛克和泊塞尔分别用核磁共振方法测量了核磁矩，他们因此共同获得矩，他们因此共同获得1952年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出乙醇（乙醇（C C2 2H H5 5OH)OH)核磁共振谱核磁共振谱 核磁共振的应用之一：研究分子的结构。核磁共振的应用之一：研究分子的结构。BPOHCH2CH3吸收功率吸收功率上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出选择进入下一节选择进入下一节15-0 教学基本要求教学基本要求15-1 原子核的基本性质原子核的基本性质 15-2 原子核的结合能原子核的结合能 裂变和聚变裂变和聚变15-3 原子核的放射性衰变原子核的放射性衰变15-4 粒子物理简介粒子物理简介15-5 宇宙学简介宇宙学简介