大学物理,原子核和基本粒子

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1、物质的基本单元原子质子、中子、电子夸克17-1原子核的基本性质一、原子核电荷、质量和密度1、原子核的质量数和电荷数原子核由质子和中子组成。质子（P）：+emp=1.007276u核子中子（n）：电中性mn=1.008665u−271u=1.6605655×10kg原子核符号A(质量数)=Z+N1416ANOX78ZZ−电荷数(质子数,原子序数)X−与Z相应的元素符号核素:具有相同质子数Z和相同中子数N的核素。同位素:具有相同的质子数而中子数不同的核素。161718123OOOHHH888111同中子异荷数:具有相同中子数N、不同质子数Z的核素。同量异位素:质量数A相同而质子数Z不同的核素。同质

2、异能素:具有相同质量数A和中子数N,但能态不同的核素。质子、电子和中子符号1101H(P)en11−102、原子核的形状、大小及密度原子核的体积总是正比于它的质量数A13R≈RAR−15m0=1.20×100所以在一切原子核中，核物质的密度近似相等。17−3ρ≈10kg⋅mm二、原子核的自旋和磁矩原子核的自旋角动量为L=I(I+1)hI−核自旋量子数I可以是整数，也可以是半整数。核自旋角动量空间量子化1L=mh,m=±I,±(I−1)LL,±或0ZII2eh质子的磁矩μp=2.79=2.79μN2mpeh核磁子μ=N2mp中子的磁矩μn=−1.91μNv原子核有磁矩μ=gμJ原子核有磁矩JgJ

3、NJ核自旋的确定：11.质子和中子的自旋I=22.原子核的质子数和中子数都是偶数时，自旋为零。3.原子核的质子数和中子数都是奇数时，自旋为非零整数。4.原子核的核子数是奇数时，自旋为1/2的奇数倍。三、核力的基本性质核子之间的相互作用力，抵消核子之间的较强的库仑排斥力。核力的特征：1.核力是比电磁力强得多的强相互作用力，主要是吸引力。2.核力是短程力，核子间距离小于10-15m时才明显。3.核力与核子带电状况无关。4.核力具有饱和性。1935年，日本物理学家汤川秀树提出核力的介子理论，认为核子之间通过交换π介子而发生核力作用。四、原子核的结合能和平均结合能原子核的质量M总是小于组成该原子核的核

4、子的质量之和，它们之间的差额称为原子核的质量亏损。核子在结合成原子核时，它们之间的核力作用使体系能量降低，从而释放出能量，相应质量减少了。原子核结合能：由质子和中子形成原子核时所放出的能量。22Eb=∑mic−Mci原子核由Z个质子和N个中子结合而成，∑mi=Zmp+Nmni22E=(Zm+Nm)c−Mcbpn平均结合能(比结合能)：原子核的结合能与原子核内所包含的总核子数的比值。E平均结合能越大，bE=b原子核越稳定。A*17-2原子核的放射性衰变不稳定的原子核会自发地转变成另一种核而同时放出射线，这种变化叫放射性衰变。一、放射性衰变的一般规律1.指数衰减规律t=0时刻样品中有N0个核，经过

5、一段时间t后剩下N个核,在dt时间内有-dN个核发生衰变−dNdt−dN=λNdNdt或λ=Nλ−表征衰变快慢的常数（衰变常数）tt0=0，NNN=N0−λtN=Ne放射性衰变定律0−dNdtt时刻，每单位时间衰变的原子核数与该λ=N时刻原子核总数的比。越大，衰变越快。2.半衰期和平均寿命半衰期:原子核衰变到N=N/2所需的时间。01−λT12ln20.693N0=N0eT12==2λλ平均寿命每个原子核衰变前存在的时间的平均值。原子核的寿命：1∞1∞∞τ=t(−dN)=tλNdt=te−λtdtN∫0N∫0∫λ0001平均寿命：τ=λT12平均寿命与半衰期的关系：τ=ln23.射性活度（放射

6、性强度）放射性物质在单位时间内发生衰变的核的数目。dN−λtA=−=λN=λNe0dtt=0，N=N，A=λN00−λtA=Ae0国际单位：贝克(Bq)1Bq表示每秒发生一次核衰变的放射源的活度。10常用单位：居里(Ci)1Ci=3.7×10Bq二、几种主要的衰变方式三种衰变：α衰变、β衰变、γ衰变1)α衰变是原子核放射出α粒子(即氦核)AA−44X→Y+HeZZ−22AA−4X→母核Y→子核ZZ−2中微子的发现1930年泡利根据衰变前后应遵守角动量守恒和能量守恒提出核在发射粒子的同时应发射一个质量几乎为零的中性粒子，称中微子。2)β衰变是核电荷改变而核子数不变的核衰变.β-衰变是原子核内中子

7、转变成质子，同时放出一个110~电子和与电子相联系的反中微子n→P+e+ν01−1AA0~X→Y+e+νZZ+1−1+β衰变是原子核内质子转变成中子，同时放出一个正电子和一个中微子1P10P→n+e+ν101AA0X→Y+e+νZZ−1+1e3)γ衰变γ射线是光子流，是在α衰变或β衰变后形成新核时辐射出来的。17-4粒子及其相互作用一、粒子基本性质21、质量。（常用静能m0c表示）2、电量。（常以