第十章原子核物理教案祥解.doc

《原子物理学》课程章节教案 章节 第七章 原子的壳层结构 学时 4学时 班级 13物理本科班 时间 第18周 教学目标与 要求 了解原子核的基本性质，掌握原子核结合能的意义和计算；掌握原子核的放射性衰变规律和衰变类型；掌握原子核反应中的守恒定律；掌握反应能计算方法；了解核力与核模型；了解原子核的裂变、聚变和原子能利用的前景。 教学重点与 难点 重点：核自旋、核结合能、放射性衰变的类型、衰变规律、条件、衰变能、衰变方程及有关概念和计算、核反应遵守的守恒定律、核反应能的意义和有关计算、重核裂变和轻核聚变。 难点：核自旋、核的电四极矩和统计性、核力、原子核模型、核反应机制、重核裂变机制。 课堂教学方法 讲授法为主，小组讨论法为辅 作业与思考题 无 注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页； 2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。 第十章 原子核 § 10.1 原子核的基本性质 一、原子核的电荷与电荷数 原子核的一个重要特征是它的电荷。由卢瑟福的原子核式结构模型可知： 原子序数为Z的原子的中心有一个带有正电量为Ze的原子核。即q=+ZeZ是原子序数，e是基本电荷，其数值为一个电子电量的绝对值。 二、原子核的质量与质量数 原子核的另一重要特征是它的质量。 MN = MA– Zme 原子质量单位： 原子质量 = 原子量×原子质量单位 三、原子核的成分 早先人们只知电子和质子这两种基本粒子，当发现原子核可放出电子（β衰变），自然使人们推测核是由电子和质子组成的。但这引起许多矛盾。其中，不确定关系指出核“装不下”电子。1932年查德威克发现了中子后，才知核是由质子和不带电的中子组成的，它们的质量相近 海森伯统称它们为核子，并认为质子和中子仅仅是核子的两种不同状态（同位旋）。 1、成分：原子核是由质子和中子组成的多粒子系统。 2、核子：质子，中子统称为核子。用A表示一个原子核中所含的核子数，N表示中子数Z表示质子数，显然：A = Z + N 3、核素符号： 4、同位素：Z相同，N不同的核素。 5、同量异位素：A相同，Z不同的核素。 6、目前已知的核素：约2000个，其中有300多个是天然存在的，280个是稳定的，30多个是放射性的；1600多个是人工制造的理论上预言能够制造出Z=114的超重元素。 7、核素图：是以Z为横坐标，以N为纵坐标构成的图。每一个核素在图中有一确定的位置。 1、稳定核素集中在Z=N的直线上或紧靠它的两侧，构成稳定核素区。 2、稳定核素中质子数与中子数之比：轻核为1；最重的核 N / Z ( 1.6 3、Z84的核素有一个或几个稳定的同位素;Z84的以及质子数或中子数过多的核都是不稳定的放射性的同位素。 四、原子核的大小 1、半径：多数原子核基本上是球形，实验测量出 原子核的半径，得到核半径的经验公式： R = r0 A1/3 r0=1.4×10-15m=1.4fm 2、体积： 原子核的体积近似地与质量数成正比： 3、密度： u= 1.66(10-27Kg ; r0 = 1.4 fm ( ( 1017 Kg / m3=1014 / m3 密度大得惊人！原子核是物质紧密集中之处！核的质量密度是水的密度的1014倍，也是地球平均密度的1014倍。 五、原子核的角动量和磁矩 1. 原子核的角动量 （1）原子核的角动量 原子核和原子一样也具有角动量，这是因为每个核子都有自旋，且自旋都为1/2， 因此具有固有角动量（自旋角动量），与电子一样，都是 。 核子在核内还有轨道运动，核子的自旋和轨道角动量的矢量和就是原子核的角动量,习惯上也称它为原子核的自旋，并用PI表示， PI是量子化的。 I 称为核自旋量子数。 （2）PI在某特殊方向投影的数值为； MI称为核磁量子数。PIZ的最大值：P(I=I( 通常用来表示核角动量的大小.若以(为单位, 则角动量的大小就可用I来表示。 根据角动量的相加规则，容易证明，A为奇数的原子核，它的I一定是半整数，A为偶数的原子核，它的I一定是整数。这和前面讲的，A为奇数的原子核是费米子，A为偶数的原子核为玻色子一致。下表列出了一些原子核的I值。 （3）原子光谱的超精细结构 原子核的角动量（核自旋）可以从原子光谱的超精细结构，或从分子光谱测得。例如，当用分辨本领更高的光谱仪观察钠的光谱时，会发现钠主线系第一条谱线D双线的D1线 （ ）由相距为0.023埃的两条线组成,D2线 由相距为0.021埃的两条线组成.这就是原子光谱的超精细结构。 产生超精细结构的原因是因为原子核有角动量(核自旋)。原子的角动量，在考虑了核自旋后，应当等于电子的角动量与核自旋的矢量和，即 PF = PJ + PI