浅谈原子核物理的发展

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1、浅谈原子核物理的发展院系：理学院年级：09级专业：物理学姓名：学号：教师：11浅谈原子核物理的发展（理学院2009物理学20090205011）摘要：远在公元前4世纪，希腊哲学家留基伯和他的学生德漠克利特已经提出"原子"的概念。他们认为万物都是由大量不可分割的微小质点所组成，他们把这样的微小质点叫做"原子"。原子除有大小、形状和位置的差异外，没有区别。原子遵照一定的规律在"虚空"中不断运动。它们集合在一起时便形成物体，分离时物体便消失。在当时这仅是一种猜想而已，无法用实验证实。但是这个说法跟一切物体都能粉碎的事实是相吻合的。原子说在中世纪受到宗教和神学的压制，没有得

2、到发展。到了17世纪，随着化学的发展，这种观点又重新传播起来了。关键字：原子、原子模型、原子核放射性、中子、核素引言：原子核物理是物理学的一个分支，主要研究物质结构的一个层次；这个层次介于原子和粒子物理两层次之间，称之为原子核。原子核物理是本世纪初开始形成的一门学科，它随着近代物理学的发展，随社会对核技术应用的需要发展起来。一、原子模型的提出1.1“原子”一词来自希腊文，含义是“不可分割的”。公元前四世纪，古希腊哲学家德谟克利特(Democritus)提出了这一概念，并把它当作物质的最小单元。17世纪，通过卡文迪许和拉瓦锡等许多化学家的工作，发现了水可分解为氧和氢两

3、种元素；空气是由氧、氢和氮等元素混合而成的，燃烧只不过是元素和氧起激烈反应等等。随着几十种元素的发现，英国化学家道尔顿提出了新的原子学说。他认为物质是由许多种类不同的元素所组成，元素又由非常微小的，不可再分的、不能毁灭又不能创生的原子所组成。1807年，英国科学家约翰·道尔顿(JohnDalton)提出原子论。他认为原子类似于刚性的小球，它们是物质世界的基本结构单元，是不可分割的。道尔顿用他的学说说明了化学中的物质不灭定律等。道尔顿的原子说是根据事实概括的结果，能够用来研究和发现新的现象，因此比古代原子说更进一步。19世纪后半期，分子运动论有了进一步发展，人们逐步建

4、立起近代的原子分子学说。但是原子分子是否存在，一直没有用实验证实。1905年，爱因斯坦用分子运动论的观点从理论上解释布朗运动获得成功，他还提出了测定分子大小的新方法。1908年，法国物理学家佩林按爱因斯坦的方法，用实验测定了分子的大小，结果跟爱因斯坦预言的一致，终于在科学界确认了现代分子原子学说。111897年汤姆逊发现了电子，并证明了电子是各种元素的基本组成部分。1903年卢瑟福和化学家索迪合作，通过实验发现了一种物质可以变成另一种物质，提出了原子自然衰变的理论。这些事实打破了道尔顿以来人们认为原子不可再分割的观念。1898年，Thomson提出了“布丁模型”(也

5、被称为“西瓜模型”)P.Lenard(1862~1947),1905年诺贝尔物理奖得主。1.2长冈半太郎的土星模型1903年，德国物理学家林纳德(P.Lenard)在实验中发现“原子内部是十分空虚的”。在P.Lenard的基础上，长冈半太郎(HantaroNagaoka)提出了原子的土星模型，认为原子内的正电荷集中于中心，电子绕中心运动，但他没有深入下去。长冈的土星模型111.3卢瑟福原子模型原子核电子卢瑟福原子模型1909年，英国物理学家卢瑟福(E.Rutherford)在他的学生盖革(H.Geiger)和马斯登(E.Marsden)的协助下，发现α粒子轰

6、击原子时，大约每八千个α粒子中有一个被反射回来。汤姆逊模型无法对该实验结果做出解释。卢瑟福根据实验结果于1911年提出了原子的“核式结构模型”(也被称为“卢瑟福行星模型”)卢瑟福的“核式结构模型”可以解释α粒子散射实验结果，因此比汤姆逊模型更符合实际情况。卢瑟福的“行星模型”的虽然可以解释a粒子散射实验结果，但该模型却无法解释原子的稳定性，无法解释氢原子光谱的规律。为了解释上述问题，卢瑟福的一个学生——丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(NilesBohr)在卢瑟福的“行星模型”的基础之上于1913年提出了原子的量子理论，即“玻尔模型”。1.4玻尔的原子模型(Bohr’sAt

7、om)11尼尔斯·玻尔(NilesBohr)，丹麦人，二十世纪世界最伟大的物理学家之一，量子理论的主要奠基人。1922年诺贝尔物理奖得主。玻尔理论后经索末菲等人的改进。索末菲从实验事实出发，将电子绕核轨道从单一的圆轨道，推广到椭圆轨道。并且他还发现轨道在空间的取向也是量子化的，从而引入了主量子数、角量子数和磁量子数的概念。1920年索末菲又引入了第四个量子数。这第四个量子数直到1925年才被科学家弄清楚，原来是绕核旋转的电子的自旋量子数。1925年泡利在研究四个量子数跟原子核外电子排布的关系时，发现了泡利不相容原理：在同一原子内，在一个原子中不可能有两个或两个以