第十九章 原子核和粒子

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1、第十九章原子核和粒子19-1　一个来自衰变的能量为4.7MeV的粒子，与金核发生正碰，求此粒子最接近金核中心处的距离为多大？解　在粒子与金核()发生正碰的情况下，设在相距甚远时粒子的动能为Ek，当两者相距r时，粒子的瞬时速度变为零。所以，粒子将自身的动能Ek全部用于克服它与金核之间的斥力而作功，根据动能定理，斥力对质点所作的功等于质点动能的增量，故有：其中A为斥力对粒子所作的功。同时，根据势能的规律，保守力(在此是斥力)所作的功等于势能增量的负值，即：由以上两式，得：所以：19-2　试计算核物质的密度。解：核物

2、质分布的半径为：其中：为原子核的质量数，原子核的质量为：所以核物质密度为：19-3　在、和中各有多少质子和中子？解：：Z=7, N=6；：Z=8, N=9；：Z=30, N=34。1619-4举例说明下列概念：(1)核素；(2)同位素；(3)同中子异荷素；(4)同量异位素；(5)同质异能素。答：（1）通常把具有相同质子数Z和相同中子数N的一类原子，也就是具有相同原子序数Z和质量数A的一类原子称为一种核素，实际上只要用，或就足以表示一种特定的核素。根据质量数A、质子数Z和中子数N的不同，可以把核素分成以下几类：(

3、2)同位素：是质子数Z相同而中子数N不同的核素，它们在周期表上占据同一个位置。自然界存在的元素往往是由几种同位素所组成，并且各种同位素的含量有一定的比例，这种比例称为同位素的丰度。例如，自然界存在的氧有三种同位素，即、和(3)同中子异荷素：是具有相同中子数N、不同质子数Z的核素，如和；(4)同量异位素：是具有相同质量数A的核素，如和；(5)同质异能素：是具有相同质子数Z和相同中子数、但所处能量状态不同的核素，一般是指处于激发态和基态的核素。19-5中子的电荷数为零，但却具有磁矩，你认为应该作何解释？答：中子虽然

4、不带电，没有轨道磁矩，但实验表明中子具有自旋磁矩。中子具有自旋磁矩这个事实说明，中子作为一个整体虽然不带电，但其内部却存在电荷分布，并且其自旋磁矩与自旋角动量的方向相反，与电子的情形相似。现代的精确测量表明，中子的磁矩：其中：称为核的玻尔磁子，简称核磁子，是质子的质量19-6　如果原子核的自旋量子数为j，那么该原子核的核磁矩的大小如何表示？此核处于磁感应强度为B的磁场中，核磁矩与磁场的相互作用能为多大？分裂后的能级间距为多大？解：核磁矩的大小为：核磁矩与外磁场的相互作用能为：16分裂后的能级间距为：19-7试阐

5、明核磁共振的基本道理，核磁共振有哪些主要应用？答：(1)核磁矩在外磁场B的作用下，能级发生分裂，分裂后的能级间距为：如果能够测出，就可以利用上式求得原子核的，从而得出核磁矩。测量的简便方法是在垂直于匀强磁场B的方向上对样品施加一个高频数量级的磁场，当该高频磁场的频率满足时，样品中的原子核就会表现出对该高频磁场能量的强烈吸收，从而由低能级向相邻的高能级跃迁，这种现象称为核磁共振。由于核磁子约等于玻尔磁子的1/1836，所以核磁共振发生在频率较低的射频波段。另外，使用超导磁铁提高外磁场的磁感应强度，从而增大能级间距

6、，可使核磁共振谱仪具有很高的分辨率。(2)碳水化合物含有碳、氢和氧，碳和氧元素中丰度大的和都是偶偶核，核自旋为零，对核磁共振无贡献，虽然和的核自旋分别为1/2和5/2，但在自然界的丰度很小，核磁共振讯号很弱，所以在碳水化合物中，核磁共振讯号最强的就是。正是根据这一点，核磁共振方法适用于对碳水化合物的测定。19-8核力有哪些主要性质？答：核力主要性质：（1）核力具有短程性和饱和性；（2）核力是强相互作用；（3）核力与核子的带电状况无关；（4）核力在极短程内存在排斥心；（5）核力具有非有心力成分19-9每种相互作用

7、都存在传递这种相互作用的媒介粒子，发生作用的双方就是通过交换这种媒介粒子而实现相互作用的，你对这种说法如何理解？能否用电磁相互作用加以说明？答：电荷之间的相互作用是通过电磁场传递的，并且电磁场的量子是光子。核力的介子场理论的要点包括以下几点：(1)核子之间的核力相互作用是通过介子场实现的，介子场的场量子是介子，或者说，核子之间的核力相互作用是通过交换介子来实现的。16(2)上述情形与电荷之间的相互作用是通过电磁场实现的相类似，电磁场的场量子是光子，光子的静质量为零，决定了电磁力是长程力。而介子的静质量不为零，这

8、决定了核力是短程力；(3)表征质子和中子放出或吸收介子能力的耦合系数很大，这就决定了在近距离时核力远比电磁相互作用要强。19-10原子核结构的液滴模型、壳层模型和集体模型的基本思想各是什么？它们各自能够解释哪些主要实验事实？答：每一种模型都是以一定的实验事实为依据提出的，因而能够解释部分实验现象，但也都存在一定的缺陷。液滴模型是根据所有原子核都具有相同的密度等事实提出的。它是把原子核类