大学物理_教学课件_第16章 原子核物理和粒子物理1 原子核的基本性质.ppt

16–1 原子核的基本性质 * 第16章 原子核物理和粒子物理简介 一、原子核的质子——中子模型 原子核是由质子和中子组成的.质子(p)就是氢核，带有正电荷＋e，质量mp＝1.007 276 u(u为原子质量单位，1 u＝1.660 565 5×10－27 kg).中子(n)不带电，其质量mn＝1.008 665 u.质子和中子统称为核子. 具有相同的质子数Z而中子数N不同的原子核称为同位素. 实验发现原子核的体积总是正比于它的质量数A.如果把原子核看成球体，其半径R与质量数A的关系为 式中R0是常数，由实验测定为R0＝1.20×10－15 m.这表明原子核的体积与核质量数成正比，由此得到的结论是：在一切原子核中，核物质的密度是一个常数，可以算出核物质密度ρ＝2.29×1017 kg·m－3.　　 二、核自旋和磁矩 实验和理论都说明原子核也有自旋.原子核的自旋角动量为 式中I称为核自旋角动量量子数，简称核自旋.不同的原子核其自旋的取值可以是整数，也可以是半整数.质子和中子的自旋都是 .当原子核的质子数和中子数都是偶数(偶—偶核)时，其自旋为零. 原子核带有电荷且有自旋运动，故原子核也有磁矩.核磁矩用和电子磁矩类似的方法来表示.原子核磁矩通常以核磁子为单位，即核磁子 形式上与玻尔磁子相似，只是这里是质子的质量mp代替了玻尔磁子中的电子质量me.因为mp＝1836.5me，所以 式中μB是玻尔磁子. 原子核的磁矩μI与核自旋角动量PI的关系(仿电子自旋假设)，可以写成 式中gI称为原子核的g因子.μI在某一特殊方向的投影为 式中MI称为核磁量子数，它的取值为 如图16.1所示，将待测样品P放在电磁铁二极之间，于是由样品中核磁矩μI和磁场B的相互作用，应有附加能量 图16.1 由于空间量子化，由式(16.4)，则式(16.6)为 因为核磁量子数的选择定则为 所以核的能量只改变 所以当 时，样品中的原子核将从交变磁场中强烈吸收能量，这个现象称为核磁共振吸收，这时的频率ν称为共振频率.将式(16.7)写成 三、核力 组成原子核的质子之间存在着较强的库仑斥力，力图使原子核解体，而万有引力比电磁力小1037倍，远不能抵消静电力的作用而把核子束缚在一起.由此推测，核子之间必定存在着另一种相互作用力，称为核力. 核力具有以下特性： 核力是一种比电磁力强得多的强相互作用力，主要是吸引力. 核力是短程力，只有当核子间距离小于10－15m时才显示出来，在大于10－15m时核力远小于库仑力. 核力与核子的带电状况无关.大量实验表明，质子之间，中子之间，质子和中子之间所表现的核力作用大致相同. 核力具有饱和性.即一个核子只能与附近的有限个数的核子发生核力作用，而不能与原子核内所有核子发生这种作用. 四、原子核的结合能 实验发现，任何一个原子核的质量总是小于组成该原子核的核子质量之和，它们之间的差额称为原子核的质量亏损. 设原子核 的质量为Mx，质子的质量为mp，中子的质量为mn，在这一原子核中共有Z个质子和(A－Z)个中子，质量亏损为 16–1 原子核的基本性质 * 第16章 原子核物理和粒子物理简介