原子核物理
1．目前核电站所用核燃烧主要是浓缩铀U 235
92发生裂变反应，一种可能的裂变方程为
n Sr X n U 10943810235
922++→+，则下列说法正确的是
A ．X 原子核中含有86个中子
B ．因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后总质量数减少
C ．U 235
92是天然放射性元素，半衰期约为7亿年，随着地球环境不断变化，半衰期可能变短
D ． 现已建成的核电站的能量也有利用热核聚变
2．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H+31H →42He+x ，式
中x 是某种粒子.已知: 21H 、31H 、42
He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6 u 和1.008 7 u; 1uc 2=931.5MeV,c 是真空中的光速.由上述反应方程和数据可知
A. 粒子x 是质子
B. 该反应释放出的能量约为17.6MeV
C. 轻核的聚变反应可以在任何温度下进行
D. 自然界不存在热核聚变
3．下列说法正确的是
A.Th
23290经过8次α衰变和6次β衰变后成为稳定的原子核Pb 208
82 B.发现中子的核反应方程是 94Be + 4
2He →12
6C + 10n
C.200个U 238
92的原子核经过两个半衰期后剩下50个U 23892 D.U 235
92在中子轰击下生成Sr 9438和Xe 14054的过程中，原子核中的平均核子质量变小
4．太阳内部持续不断地发生着4个质子(11H)聚变为1个氦核(42He)的热核反应，
核反应方程是141242H He X →+，这个核反应释放出大量核能。已知质子、氦核、X 的质量分别为1m 、
2m 、3m ，真空中的光速为c 。下列说法中正确的是
A ．方程中的X 表示中子(1
0n)B ．方程中的X 表示电子(01-e)
C ．这个核反应中质量亏损
124m m m ?=-D ．这个核反应中释放的核能2123(42)E m m m c ?=--
5．(2011年绍兴一中检测)我国最新一代核聚变装置“EAST ”在安徽合肥首次放电、显示了EAST 装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s ，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m 1，中子的质量为m 2，3
2He 的质量为m 3，质子的质量为m 4，则下列说法
中正确的是( )
A ．两个氘核聚变成一个3
2He 所产生的另一个粒子是质子
B ．两个氘核聚变成一个3
2He 所产生的另一个粒子是中子
C ．两个氘核聚变成一个3
2He 所释放的核能为(2m 1－m 3－m 4)c 2
D ．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性
6．下列关于裂变反应的说法中，正确的是（ ）
A ．裂变反应必须在几百万度的高温下才能发生
B ．要能发生链式反应，铀块的体积必须超过临界体积
C ．太阳能释放大量能量，是因为太阳内部不断发生裂变反应
D ．裂变反应放出大量热量，故不遵守能量守恒定律
7．“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列原子弹和氢弹的说法正
确的是
A. 原子弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式n He H H 10423121+→+
B. 原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式n Xe Sr n U 1013654903810235
9210++→+
C. 氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式n He H H 10423121+→+
D. 氢弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式 n Xe Sr n U 10136
54903810235
9210++→+
8．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，同时放出一个γ光子。已
知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h ，真空中的光速
为c 。下列说法中正确的是（ ）
A ．这个反应的核反应方程是23411120H H He n γ+→++
B ．这个核反应既不是聚变反应也不是裂变反应
C ．辐射出的γ光子的能量23412()E m m m m c =+--
D ．辐射出的γ光子的波长9．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3( 32He)”的化学元素。
科学家初步估计月球上至少有100万吨“氦3”，如果相关技术开发成功，将能为地球带来取之不尽的能源。关于“氦
3(32He)”核与氘核的反应，下列说法中正确的是
A ．核反应方程式为32He ＋21H →42He ＋11H
B ．核反应生成物的质量将大于参加反应物的质量
C ．“氦3(32He)”一个核子的结合能大于“氦4(42He)”一个核子的结合能
D ．“氦3(32He)”的原子核与一个氘核发生裂变将放出能量
10．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（νe ）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖.
他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯（C 2Cl 4）溶液的巨桶.电子中微
子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe +3717Cl→3718Ar+0
1-e 已知3717Cl 的质量为36.956 58 u,3718Ar 的质量为36.956 91 u,0
1-e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量
对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为
（ ）
A.0.82 MeV
B.0.31 MeV
C.1.33 MeV
D.0.51 MeV
11．中子n ，质子p ，氘核D 的质量分别为n m 、p m 、D m ，现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为：n p D +=+γ若分解后中子、质子的动能可视为
相等，则中子的动能是：
A B C D 12．天文学家测得银河系中的氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两
条：一是宇宙诞生后的3分钟内生成；二是宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变
反应生成的，氢核聚变反应可简化为4个氢核（11H ）聚变成氦核（42H e ）
，同时放出2个正电子（01e ）和2个中微子（e v ）。已知氦核质量=a m 4.0026u ，氢核质量p m =1.0078u ，电
子质量e m =0.0005u ，中微子v 质量为零，1u 相当于931.5 MeV 的能量，则该核反应方程式
和一次反应中释放出的核能分别为 （ ）
A ．,25.7MeV 2v e 2H H 4e 01e 4211++→
B ．,46.7MeV
2v e 2H H 4e 01e 4211++→ C ．,25.7MeV 2v e 2H H 4e 01-e 4211++→D ．,46.7MeV
2v e 2H H 4e 01-e 4211++→ 13．以下关于波与相对论的说法，正确的是( )
A ．无论什么波，只要振幅足够大就可以产生明显的衍射现象
B ．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的电场周围一定可以产生电磁波
C ．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，观察者接收到的频率都会发生变化
D ．火车以接近光速行驶时，我们在地面上测得车厢前后距离变小了，而车厢高度没有变化
14．据报导，欧洲大型强子对撞机开足马力可以把粒子加速到光速的99.9%，单束粒子能量
可达到7万亿电子伏特。下列说法正确的是
A ．如果继续对粒子加速，粒子速度可以达到光速
B ．如果继续对粒子加速，粒子速度可能超过光速
C ．粒子高速运动时质量大于静止时的质量
D ．粒子高速运动时质量小于静止时的质量
15．关于经典力学和相对论,下列说法正确的是（）
A 、经典力学和相对论是各自独立的学说,互不相容
B 、相对论是在否定了经典力学的基础上建立起来的
C 、相对论和经典力学是两种不同的学说,二者没有联系
D 、经典力学包含于相对论之中,经典力学是相对论的特例
16．下列属于狭义相对论基本原理的叙述是（）
A．一切物理定律在不同的惯性参考系中都是相同的
B．在任何参考系中，物理规律都是相同的
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的
D．原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定
17．完成下列核反应方程
A. 卢瑟福用α粒子轰击氮核（147N）发现质子：42H e147
+N→
B. 查德威克用α粒子轰击铍核（94Be）发现中子：42H e94+B e→
C. 约里奥—居里夫妇用α粒子轰击铝核（2713Al）发现放射性磷3015P：42H e2713
+A l→
D. 哈恩和他的助手发现铀核（235
92U）裂变生成钡（144
56
B a）和氪（89
36
Kr）：
18．如图所示，某车沿水平方向高速行驶，车厢中央的光源发出一个闪光，闪
光照到了车厢的前、后壁，则地面上的观察者认为该闪光________(填“先到达
前壁”“先到达后壁”或“同时到达前后壁”)，同时他观察到车厢的长度比静
止时变________(填“长”或“短”)了．
19．一个钚的同位素239
94
Pu的原子核静止在匀强磁场中．某时刻该原子核垂直于磁场方向放射出一个α粒子，变成铀的同位素，同时辐射出能量为E＝0.09 MeV的光子．已知钚原子核的质量M0＝238.999655 u，α粒子的质量m＝4.001509 u，反冲核的质量M＝234.993470 u．取1 u·c2＝931 MeV.
(1)写出衰变的核反应方程．
(2)α粒子和反冲核的动能各是多少？
(3)画出α粒子和反冲核在垂直于纸面向里的匀强磁场中运动轨迹的示意图．20．(2009·江苏高考)在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年，莱克斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组
成的实验系统，利用中微子与水中1
1
H的核反应，间接地证实了中微子的存在．
(1)中微子与水中的1
1H发生核反应，产生中子(1
n)和正电子(0
1+
e)，即
中微子＋1
1H→1
n＋0
1+
e
可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填写选项前的字母)
A．0和0B．0和1C．1和0 D．1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变
为两个光子(γ)，即0
1+e＋0
1-
e→2γ
已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为________J．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是________．
21．一个静止的氡核222
86Rn，放出一个α粒子后衰变为钋核218
84
Po，同时放出能量为E＝0.26
MeV的光子．假设放出的核能完全转变为钋核与α粒子的动能，不计光子的动量．已知M
氡
＝222.08663 u 、m α＝4.0026 u 、M 钋＝218.0766 u ，1 u 相当于931.5 MeV 的能量．
(1)写出上述核反应方程；
(2)求出发生上述核反应放出的能量；
(3)确定钋核与α粒子的动能．
22．（12分）精确的研究表明，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图9所示的关系。
（1）试根据此图说出至少两条相关信息。
（2）太阳的能量来自下面的反应：四个质子（氢核）聚变成一个α粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子，已知氢气燃烧与氧气化合生成水，每形成一个水分子释放的能量为6.2 eV ，若想产生相当于太阳上1 kg 的氢核聚变成α粒子所释放的能量，须燃烧多少千克氢气？ α粒子质量m α=4.0026 u ，质子质量m p =1.00783 u ，电子质量m e =5.48×10-4 u （u 为原子质量单位，1u=1.6606×10-27kg ，1u 相当于931.5MeV 的能量）
23．（6分）2008年北京奥运会场馆周围 80％～90％ 的
路灯将利用太阳能发电技术来供电，奥运会90％的洗浴
热水将采用全玻真空太阳能集热技术．科学研究发现太
阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（11H ）转化成一个氦核（42He ）
和两个正电子（01e ）并放出能量.（已知质子质量m P = 1.0073u ，α粒子的质量m α= 4.0015u ，电子的质量m e =
0.0005u ． 1u 的质量相当于931.MeV 的能量．）
（1）写出该热核反应方程；
（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV 的能量?（结果保留四位有效数字）
24．处于静止状态的某原子核X ，发生α衰变后变成质量为M 的原子核Y ，被释放的α粒子垂直射人磁感强度为B 的匀强磁场中，测得其圆周运动的半径为r ，设α粒子质量为m ，质子的电量为e ，试求： （提示：原子核衰变过程中，动量和能量保持守恒）
（1）衰变后α粒子的速率υa 和动能E ka ；
（2）衰变后Y 核的速率υy 和动能E ky ；
（3）衰变前X 核的质量M x ．
25．在核反应堆里，用石墨作减速剂，使铀核裂变所产生的快中子通过与碳核不断的碰撞而被减速。假设中子与碳核发生的是弹性正碰，且碰撞前碳核是静止的。已知碳核的质量近似为中子质量的12倍，中子原来的动能为E 0，试求：
（1）经过一次碰撞后中子的能量变为多少？
（2）若E 0＝1.76MeV ，则经过多少次碰撞后，中子的能量才可减少到0.025eV 。
参考答案
1．A2．B3．BD 4．D5．BD. 6．B 7．BC 8．A9．A 10．A 11．C12．A 13．CD 14．C15．D16．AC
17．A. 17
8
O 11+H （1分） B. 12160C+n （1分） C. 301150P+n （1分） D. 235
1144
89192056360U+B K 3n a r n →++ （1分）18．先到达后壁(2分) 短(2分) 19．(1)
23994Pu →23592U ＋4
2He ＋E(2)4.19 MeV 0.07 MeV 20．(1)A (2)8.2×10－14 遵循动量守恒
21．见解析22．（12分）（1）①F e 的核子质量较小；②原子序数比F e 大的物质核子质量随原图9
子序数增大而增大③原子序数比F e 小的物质核子质量随原子序数减小而增大
（2 23．解：①411H →42He +201e ②Δm = 4m P － m α－2m e = 4×1.0073u －4.0015u －2×0.0005u = 0.0267 u ΔE = Δ mc 2 = 0.0267 u×931.5MeV/u ＝24.86
MeV 24．解：（1）2）
（3）衰变前X 核的质量：
25．（1）020211169
121)1311(2121E v m mv E =-==（2）54≈n
原子核的形状及动力学 Liaoning Normal University （2012届） 本科生毕业论文 题目：原子核的形状及动力学 学院：物理与电子技术学院 专业：物理学 班级序号：2班27号 学号：20081125020082 学生姓名：孙丽丽 指导教师：张宇 2012年5月
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 一引言 (2) 二理论模型简介 (2) (一)费米气体模型 (2) (二)液滴模型 (2) (三)壳层模型 (3) (四)集体运动模型 (3) (五)玻色子模型 (3) 三原子核的形状 (4) 四原子核的运动 (4) （一）原子核的单粒子运动 (4) （二）原子核的集体运动 (5) 五原子核的相变 (5) (一) IBM理论及原子核的相变 (6) （二）角动量及原子核的相变 (6) 六小结 (7) 参考文献 (8) 致谢 (9)
原子核的形状及动力学 原子核的形状及动力学 摘要：简要介绍原子核的基本性质，在掌握研究原子核物理学的理论方法基础上，介绍了原子核的单粒子运动和集体运动下原子核的形状，并且总结了原子核的基态相变和角动量引起的相变。 关键词：原子核形状相变；角动量；球形；扁椭球形；长椭球形。 Abstract：The basic properties of nucleus are briefly introduced. And nuclear shape under sing-particle and collective moment are further introduced in detail, and the nuclear ground state phase transition and the phase transition caused by spin are also concluded. Key words：Shape phase transition in nuclei; Angular momentum; Spherical; Oblate; Prolate.
原子核物理重点知识点 第一章 原子核的基本性质 1、对核素、同位素、同位素丰度、同量异位素、同质异能素、镜像核等概念的理解。 （P2）核素：核内具有一定质子数和中子数以及特定能态的一种原子核或原子。 （P2）同位素：具有相同质子数、不同质量数的核素所对应的原子。 （P2）同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比。 （P83）同质异能素：原子核的激发态寿命相当短暂，但一些激发态寿命较长，一般把寿命 长于0.1s 激发态的核素称为同质异能素。 （P75）镜像核：质量数、核自旋、宇称均相等，而质子数和中子数互为相反的两个核。 2、影响原子核稳定性的因素有哪些。（P3~5） 核内质子数和中子数之间的比例；质子数和中子数的奇偶性。 3、关于原子核半径的计算及单核子体积。（P6） R =r 0A 1/3 fm r 0=1.20 fm 电荷半径：R =（1.20±0.30）A 1/3 fm 核力半径：R =（1.40±0.10）A 1/3 fm 通常 核力半径＞电荷半径 单核子体积：A r R V 3033 434ππ== 4、核力的特点。（P14） 1.核力是短程强相互作用力； 2.核力与核子电荷数无关； 3.核力具有饱和性； 4.核力在极短程内具有排斥芯； 5.核力还与自旋有关。 5、关于原子核结合能、比结合能物理意义的理解。（P8） 结合能：),()1,0()()1,1(),(),(2 A Z Z Z A Z c A Z m A Z B ?-?-+?=?= 表明核子结合成原子核时会释放的能量。 比结合能（平均结合能）：A A Z B A Z /),(),(=ε 原子核拆散成自由核子时外界对每个核子所做的最小平均功，或者核子结合成原子核时平均每一个核子所释放的能量。 6、关于库仑势垒的理解和计算。（P17） 1.r>R ,核力为0，仅库仑斥力，入射粒子对于靶核势能V (r )，r →∞，V (r ) →0，粒子靠近靶核，r →R ，V (r )上升，靠近靶核边缘V (r )max ，势能曲线呈双曲线形，在靶核外围隆起，称为库仑势垒。 2.若靶核电荷数为Z ，入射粒子相对于靶核 的势能为：r Ze r V 2 0241 )(πε=，在r =R 处， 势垒最高，称为库仑势垒高度。
电子的发现、原子的核式结构导学案 【新课标学习要求】 1、了解人类发现电子的过程。 2、知道早期的原子结构模型，体会模型化方法。 3、知道α粒子散射实验的原理及实验结果。 4、通过卢瑟福原子核式结构模型的建立过程，体会科学家进行科学探究的方法。 【自主学习】 一、阴极射线 1、电离：（1）条件：在_______中，气体能够被电离而导电。（2）实质：气体分子中的正、负电荷被_______，气体中出现了_______电荷。 2、气体放电：（1）通常大气中分子的_____很大，电离后的自由电荷运动时会与空气分子碰撞，正负电荷重新______，所以难以形成稳定的气体_____电流。（2）阴极射线：稀薄气体导电可以看到______放电现象。将玻璃管内的气体压强降到约0.1Pa以下，也就是管内成为通常所说的_______，这时虽看不到辉光，但在阳极上钻一个小孔后，在孔外的玻璃管壁上可看到______，其实质是由于玻璃受到_______发出的某种射线的撞击而引起，这种射线叫做_______ 二、电子的发现 1、汤姆孙的探究方法：（1）让阴极射线分别通过电场或磁场，根据_______现象，证明它是_______的粒子流并求现了其比荷。（2）换用不同材料的阴极和不同的_______做实验，所得粒子的_______相同。（3）粒子带负电，比荷是氢离子比荷的近两千倍，说明阴极射线粒子的质量远小于氢离子的质量。（4）组成阴极射线的粒子称为_______。 2、结论：（1）研究的新现象：光电效应、_______、β射线。它们都包含电子。（2）结论：强电场电离、正离子轰击、紫外光照射、金属受灼热、入射性物质的自发辐射，都能发射_______的带电粒子—电子。电子是原子的_______，是比原子更_______的物质单元。 3、电子电荷的量子化：（1）电子电荷可根据密立根油滴实验测定，数值为：e=__________ （2）带电体所带电荷量具有____的特点，即任何带电体所带电荷只能是电子电荷的______。 三、α粒子散射实验 1、实验方法：用从放射源发射的α粒子束轰击_______，利用荧光接收，探测通过金箔后的α粒子_______情况。 2、实验目的：α粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对α粒子有_______作用，一些α粒子的_______改变，也就是发生了α粒子散射，统计散射到各个方向的α粒子_______，即可推知原子中_______的分布情况 3、实验结果：实验发现，α粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来的方向前进，但有_______α粒子（约占八千分之一）发生了大角度偏转，偏转的角度甚至_______900，也就是说它们几乎被______________。 四、原子核的电荷与尺度 1、原子内的电荷关系：各种元素的原子核的电荷数与含有的_______相等，非常接近于它们的_______。 2、原子核的组成：原子核是由_____和___组成的，原子核的电荷数就是核中的_____数。 3、原子核的大小：实验确定的原子核半径R的数量级为______m，而整个原子半径的数量级是10-10m，可见原子内部是十分“空旷”的。 【典型例题】 例1、如图所示，一只阴极射线管，左侧不断有电子射出，若 在管的正下方，放一通电直导线AB时，发现射线径迹向下偏，
原子核物理复习资料归纳整理 原子核物理复习资料归纳整理 名词解释 1、核的自旋：原子核的角动量，通常称为核的自旋。 2、衰变常量：衰变常量是在单位时间内每个原子核的衰变概率。 3、半衰期：半衰期是放射性原子核数衰减到原来数目的一半所 需的时间。 4、平均寿命：平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间。 5、放射性活度：在单位时间内有多少核发生衰变，亦即放射性 核素的衰变率，叫衰变率。 6、放射性：原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。 7、放射性核素：能自发的放射各种射线的核素称为放射性核素，也叫做不稳定核素。 8、核衰变：原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β等粒 子而发生的转变。 9、衰变能：原子核衰变时所放出的能量。 10、核素：具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核，称为一种核素。 11、同位素：质子数相同，中子数不同的核素。 12、同中子素：中子数相同，质子数不同的核。 13、同量异位素：质量数相同，质子数不同的核素 14、同核异能素：质量数和质子数相同而能量状态不同的核素。
15、镜像核：质子数和中子数呼唤的一对原子核。 16、质量亏损：组成某一原子核的核子质量与该原子核质量之差。 17、核的结合能：自由核子组成原子核所释放的能量。 18、比结合能：原子核平均每个核子的结合能。 19、最后一个核子的结合能：是一个自由核子与核的其余部分组成原子核时，所释放的能量。 20、内转换现象：跃迁时可以把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。 21、内转换现象：原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁时把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。 22、内转换电子：内转换过程中放出来的电子。（如果单出这个就先写出内转换现象的定义） 23、内电子对效应： 24、级联γ辐射的角关联：原子核接连的放出的两个γ光子，若其概率与这两个γ光子发射方向的夹角有关，即夹角改变时，概 率也变化，这种现象称为级联γ辐射角关联，亦称γ-γ角关联。 25、穆斯堡尔效应：原子核辐射的无反冲共振吸收。 26、核的集体模型：每个核子在核内除了相对其它核子运动外，原子核的整体还发生振动与转动，处于不同运动状态的核，不仅有 自己特定的形状，还具有不同的能量和角动量，这些能量与角动量 都是分立的，因而形成能级。 28、核反应能：核反应过程中释放的能量。 29、核反应阈能：在L系中能够引起核反应的入射粒子最低能量。 30、核反应截面：一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率。（一个入射粒子同单位面积靶上一个靶核
《2 原子的核式结构模型》教学设计 一、教材分析： 这一节是本章的重点，高考的热点，尤其是α粒子散射实验及其现象。让学生认识到实验对理论发展的重要作用，知道物理模型建立的意义及其局限性。从汤姆孙的原子结构模型到卢瑟福的原子的核式结构模型的建立，既渗透科学探究的因素教学，又进行了模型法的教学，并将卢瑟福的原子的核式结构模型与行星结构相类比，使学生有更清晰的直观形象、生动的认识，指出大自然的和谐统一的美，渗透哲学教育。通过学生对α粒子散射实验现象的讨论与交流，顺理成章地否定了枣糕模型，并建立新的模型。 原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的，要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击，用高速的α粒子穿过原子的散射情况，是研究原子结构的有效手段。二、教学目标： （一）知识与技能 1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据。 2．知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。 （二）过程与方法 1．通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。 2．通过核式结构模型的建立，体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。 3．了解研究微观现象。 （三）情感、态度与价值观 1．通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 2．通过对原子结构的认识的不断深入，使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的，领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义。 3、让学生参与问题的解决，参与科学研究的良好学习习惯，逐步积蓄探究热情，培养学生勇于探究的精神，探究能力和合作精神。 三、教学重点难点： 重点：1．引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否定汤姆孙的枣糕模型，得出原子的核式结构； 2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法，渗透三个物理学方法：模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法； 难点：引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定葡萄干布丁模型，得出原子的核式结构 四、学情分析： 根据学生的具体情况设计教案、设计难度梯度，努力保证课堂时效性。学生观察ɑ粒子散射实验现象进行讨论和通过观察实验现象推理出卢瑟福的原子的结构模型会有一定的困难，因此对提出的3个问题，前二个问题放手让学生进行小组讨论，对于问题3采用先让学生猜想，师生共同分析
总复习 一基本概念 1、核自旋，镜像核，核衰变，核反应，放射系 2 、半衰期，平均寿命，衰变常量，放射性活度 3、质量亏损，质量过剩，原子核的结合能，比结合能，最后一个核子的结合能 4、级联 辐射的角关联穆斯堡尔效应 5、原子核的液滴模型，壳层结构模型（单粒子模型），集体结构模型浸渐近似 5、核反应能，核反应阈能 6、微分截面，分截面，总截面 7、内转换，同核异能态，同核异能素，同核异能跃迁 8、核反应产额，透射率 第一章 1、莫塞莱公式 2、质谱仪测核质量 3、核的半径公式 4、核自旋及其计算
5、核磁共振法测核磁矩 6、电四极矩与形变参量的关系 第二章 1、放射性衰变的基本规律 2、放射性活度 3、T1/2、λ、τ三者之间的关系式 4、连续衰变规律，放射性平衡的条件及应用 5、人工放射性的生长 6、14C 鉴年法公式 7、比结合能曲线 8、质量亏损定义式 9、质量过剩（盈余） 10、核的液滴模型与核的结合能计算式（用质量、质量过剩）、比结合能 11、结合能半经验公式 12、最后一个质子、中子的结合能计算 13、β稳定线经验公式
第五章 1、α衰变能的计算 2、α衰变能、α粒子动能及核反冲能的关系 3、α衰变的基本理论与实验规律 4 α磁谱仪基本原理 第六章 1、β衰变三种类型及其衰变能计算 2、β能谱的特点及其解释 3、β磁谱仪基本原理 4、费米理论的基本思想 5、泡利中微子假说及中微子的性质 6、衰变纲图 7、β衰变的跃迁分类和选择定则 （比较半衰期、库里厄图） 10、β衰变的宇称不守恒 第七章 1、γ衰变的跃迁分类和选择定则及其应用 2、内转换系数及其应用
1．从独立粒子核壳层模型到原子核集体模型 一个亘古不变、极具魅力的话题：自从人类有了思维，人们就开始不停地追问“我们的世界究竟由什么组成？”古希腊哲学家泰勒斯提出：水是万物的始基；赫拉克利特认为：火是万物的本原；德谟克利特则宣称：世界万物都是由不可分割的颗粒(原子)和虚空所组成。我国古代的“五行说”认为，宇宙万物皆由金、木、水、火、土构成；“元气说”则认为，客观的元气是构成宇宙万物的本原。 粒子物理学中的“标准模型”理论，经受了相当成功的实验检验，被认为是迄今为止最有效的一个唯象理论，但是这个理论仍然存在着许多基本的疑难问题有待解决。诸如希格斯粒子的存在和本质，粒子质量的来源，夸克和轻子更深层次的特征标度，标准模型更深层次上的基本规律等，都是今后主要的研究领域。寻找超出标准模型的新理论，将成为高能物理近期探索的一个重要任务核物理研究一开始，就面临着一个重要的问题，这就是核子间相互作用的性质。人们注意到，大多数原子核是稳定的，而通过对不稳定原子核的γ衰变、β衰变和α衰变的研究发现，原子核的核子之间必然存在着比电磁作用强得多的短程、且具有饱和性的吸引力。此外，大量实验还证明，质子-质子、质子-中子、中子-中子之间的相互作用，除了电磁力不同外，其它完全相同，这就是核力的电荷无关性。1935年，汤川秀树（YukawaHideki1907～1981）提出，核子间相互作用是通过交换一种没有质量的介子实现的。1947年，π介子被发现，其性质恰好符合汤川的理论预言。 介子交换理论认为，单个π介子交换产生核子间的长程吸引作用（≥3×10-13cm），双π介子交换产生饱和中程吸引作用（1～3×10-13cm），而ρ、ω分子交换产生短程排斥作用（＜1×10-13cm），π介子的自旋为零，称为标量介子，ρ、ω介子的自旋为1，称为矢量介子，它们的静止质量不为零，这确保了核力的短程性，而矢量介子的非标量性又保证了核力的自旋相关性。核力性质及核组成成分的研究，为进一步揭示原子核的结构创造了条件。 在早期的原子核模型中，较有影响的有玻尔的液滴模型、费密气体模型、巴特勒特和埃尔萨斯的独立粒子模型以及迈耶和詹森的独立粒子核壳层模型。其中最成功的是独立粒子核壳层模型。 在1948～1949年间，迈耶（Mayer，MariaGoeppert1906～1972）通过分析各种实验数据，重新确定了一组幻数，即2、8、20、28、50和82。确定这些幻数的根据是：①原子核是这些幻数的化学元素相对丰度较大；②幻核的快中子和热中子的截面特别小；③幻核的电四极矩特别小；④裂变产物主要是幻核附近的原子核；⑤原子的结合能在幻核附近发生突变；⑥幻核相对α衰变特别稳定； ⑦β衰变所释放的能量在幻核附近发生突变。在费密的启发下，迈耶在平均场中引入强的自旋-轨道耦合力，利用该力引起的能级分裂成功地解释了全部幻数的存在。接着，詹森（Jensen，Johannes Hans Daniel1907～1973）也独立地得到了相同的结果。在迈耶与詹森合著的《原子核壳层基本原理》一书中，他们利用核壳层模型成功地解释了原子核的幻数、自旋、宇称、磁矩、β衰变和同质异能素岛等实验事实。由于原子核壳层结构模型所获得的成功，及其在核物理研究中的重要作用，迈耶和詹森共同获得1963年诺贝尔物理学奖。 核壳层模型是在大量的关于核性质、核谱以及核反应实验数据综合分析的基础上提出的，它对原
期末考试试卷（B 卷） 课程名称： 原子核物理 学院： 核科学与技术学院 姓名： 校园卡号： （共150分，请选其中的100作答） 1. 我们知道原子核体积近似地与A 成正比，试说明其内在的物理原因。 2. 重核裂变后，生成的中等重的核常伴随着β衰变，为什么？ 3. Bi 21183 衰变至Tl 20781，有两组α粒子，其能量分别为6621keV ，6274keV 。前 者相应是母核衰变至子核基态，后者为衰变至激发态。试求子核Tl 20781激发态的能量。 4. 对于Ca Sc s 42 2068.04221??→?， 查表得3.310),(=m E Z f ，并已知子核的能级特性为+O 。试判断母核的能级特性。 5. 质子轰击7Li 靶，当质子的能量为0.44, 1.06, 2.22 和3.0MeV 时，观测到共振。已知质子和7Li 的结合能为17.21MeV ，试求所形成的复合核能级的激发能。 6. 简述处于激发态的复合核的中子蒸发能谱，并推导之。 7. 什么是内转换电子，内转换电子与β跃迁电子的区别。 期末考试试卷（B 卷）答案 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总 分 分 数 阅卷教师
1.解： 核力的作用要比库仑力强，而且主要是吸引力，这样才能克服库仑力形成原子核。核子之间的磁力也比核力小很多，万有引力更是微不足道。 核力是短程力，粗略的说，核力是短程力的强相互作用，而且起作用的主要是吸引力。 2.解： 重核的中质比大于1，甚至达到1.54.对于重核，核内的质子数增多，库仑力排斥增大了，要构成稳定的核就必须要还有更多的种子以消耗库仑排斥力作用。贝塔稳定线表示原子核有中子，质子对称相处的趋势，即中子数和质子数相当时原子核比较稳定。 3.解： 子核的激发能量： MeV E E A A E 7.353]62746621[207211)]()([410=-=--= αα 4.解： 4242 21 20 0.68 3.31/2log log(0.6810) 3.13 s Sc Ca f T β+ ???→?=?= 1/2 l o g f T ?判断跃迁种类几次规则知道该β + 衰变为容许跃迁 01,0;0,1 (1)1;1 i i i i I I I πππ?=-=±=?=?+=+=+故而，故而， 所以，母核42 21 Sc 的能级特性为：0+1+。 5.解： 复合核的激发能为： 代入数据得到： **12**3417.60,18.1319.15,19.84E M eV E M eV E M eV E M eV ==== 6.解： 再通过复合核的反应中，出射粒子的能量也具有麦克斯韦分布的特点，在适当的条件下叫分布也是各向同性的。因此，我们可以用液滴蒸发的图像来处理复合核的衰变，这就是中子蒸发能谱。 推导如下： 令剩余核的激发能 n E E E -=0*由于复合核的衰变至剩余核的激发能为n E E E +→**之间的概率与此间的能级成正比，同时与复合核的中子宽度)(n n E Γ成正比， 于是： n n n n n n dE E E E dE E n )()()(0-Γ∝ρ 又反应截面可以写为 ΓΓ=b CN ab ) (ασσ *A aA a A m E E B m m =++
原子核模型理论 原子核模型的建立是原子核物理学史的重要组成部分。模型是人类认识自然的必要途径，也是理论思维的一种方式。在物理学的研究中，往往是先提出恰当的模型，然后才能得出简明的运动规律，建立适宜的理论体系。恰当的模型，可以概括已知的事实，这些事实经一定的理论联系在一起，得到统一的解释，而建立在可靠事实基础上的理论进一步又能预言新的事实，指导人们做出新的发现。 然而，原子核模型的研究，比起原子模型来，经历了漫长得多的过程，至今仍在发展之中。几十年来，先后有好几种核模型被提出，它们从不同侧面反映了原子核的某些现象和某些性质，每种模型都只能解释一定范围内的实验事实，难以用同一种模型概括和解释全部实验事实。这反映原子核的复杂性，也反映了人们对原子核的认识还不很充分。下面介绍几种最著名的核模型。 1、气体模型 气体模型是费米在1932年提出的，他把核子（中子和质子）看成是几乎没有相互作用的气体分子，把原子核简化为一个球体，核子在其中运动，遵守泡利不相容原理。每个核子受到其余核子形成的总势场作用，就好像是在一个势阱中。由于核子是费米子，原子核就可看成是费米气体。所以，对核内核子运动起约束作用的主要因素就是泡利不相容原理。但由于中子和质子有电荷差异，它们的核势阱的形状和深度都各不相同。气体模型成功之处在于，它可以证明质子数和中子数相等的原子核最稳定；这一结论与事实相符。再则，用气体模型计算出的核势阱深度与其它方法得到的结果接近。不过这一模型没有考虑核子之间的强相互作用，难以解释后来发现的许多新事实。 2、液滴模型 液滴模型是N．玻尔和弗伦克尔在1935年提出的。其事实根据为：（1）是原子核每个核子的平均结合能几乎是一常数，即总结合能正比于核子数，显示了核力的饱和性。（2）是原子核的体积正比于核子数，即核物质的密度也近似于一常数，显示了原子核的不可压缩性。这些性质都与液滴相似，所以把原子核看成是带电荷的理想液滴，提出液滴模型。1936年玻尔用这个模型计算核反应截面，由此说明了一些核现象。1939年玻尔和惠勒在解释重核裂变时，又用上了液滴模型。但是早期的液滴模型没有考虑核子运动，所以不能说明核的自旋等重要性质。后来加进某些新的自由度，液滴模型又有新的发展。 3、壳层模型 壳层模型是美籍德国出生的物理学家迈耶（Goeppert-Mayer Maria，1906～1972）夫人和延森（Jensen Johannes Hans Daniel，1907～）在1949年各自独立提出的。在这之前，当有关原子核的实验事实不断积累时，1930年后不久，就有人想到，原子核的结构可以借鉴于原子壳层的结构，因为自然界中存在一系列幻数核，即当质子数Z和中子数N分别等于下列数（称作幻数）之一：2、8、20、28、50、82、126时，原子核特别稳定。这跟元素的周期性非常相似，而原子的壳层结构理论正是建立在周期性这一事实基础之上的。不过，最初的尝试却是失败的，人们从核子的运动中得不到与实验相等的幻数。后来支持幻数核存在的实验事实不断增加，而不论是气体模型还是液滴模型，都无法对这些事实做出解释。直到1949年，迈耶和延森由于在势阱中加入了自旋－轨道耦合项，终于成功地解释了幻数，并且计算出了与实验正好相符的结果。壳层模型可以相当好地解释大多数核基态的自旋和宇
传统的原子核模型 正如原子模型的建立是原子物理学史的重要组成部分一样，原子核模型的建立也是原子核物理学史的重要组成部分。模型是人类认识自然的必要途径，也是理论思维的一种方式。在物理学的研究中，往往是先提出恰当的模型，然后才能得出简明的运动规律，建立适宜的理论体系。恰当的模型，可以概括已知的事实，这些事实经一定的理论联系在一起，得到统一的解释，而建立在可靠事实基础上的理论进一步又能预言新的事实，指导人们作出新的发现。 然而，原子核模型的研究，比起原子模型来，经历了漫长得多的过程，至今仍在发展之中。几十年来，先后有好几种核模型被提出，它们从不同侧面反映了原子核的某些现象和某些性质，每种模型都只能解释一定范围内的实验事实，难以用同一种模型概括和解释全部实验事实。这反映原子核的复杂性，也反映了人们对原子核的认识还不很充分。下面略举几种最著名的核模型。 1.气体模型，是费米在1932年提出的，他把核子（中子和质子）看成是几乎没有相互作用的气体分子，把原子核简化为一个球体，核子在其中运动，遵守泡利不相容原理。每个核子受其余核子形成的总势场作用，就好象是在一势阱中。由于核子是费米子，原子核就可看成是费米气体，所以，对核内核子运动起约束作用的主要因素就是泡利不相容原理。但由于中子和质子有电荷差异，它们的核势阱的形状和深度都各不相同。 气体模型成功之处，在于它可以证明质子数和中子数相等的原子核最稳定。这一结论与事实相符。再有，用气体模型计算出的核势阱深度约为-50meV，与其它方法得到的结果接近。不过这一模型没有考虑核子之间的强相互作用，过于简单，难以解释后来发现的许多新事实。 2.液滴模型，是N.玻尔和弗伦克尔(Я.И.френке∧)在1935年提出的。其事实根据有二，一是原子核每个核子的平均结合能几乎是一常数，即总结合能正比于核子数，显示了核力的饱和性，另一是原子核的体积正比于核子数，即核物质的密度也近似于一常数，显示了原子核的不可压缩性。这些性质都与液滴相似，所以把原子核看成是带电荷的理想液滴，提出液滴模型。 1936年玻尔用这个模型计算核反应截面，由此说明了一些核现象。1939年玻尔和惠勒在解释重核裂变时，又用上了液滴模型。 但是早期的液滴模型没有考虑核子运动，所以不能说明核的自旋等重要性质。后来加进某些新的自由度，液滴模型又有新的发展。 3.壳层模型，是迈耶（M.G.Mayer）夫人和简森（J.H.D.Jensen）在1949年各自独立提出的。在这之前，当有关原子核的实验事实不断积累时，1930年后不久，就有人想到，原子核的结构可以借鉴于原子壳层的结构，因为自然界中存在一系列幻数核，即当质子数Z 和中子数N分别等于下列数（称作幻数）之一： 2、8、20、28、50、82、126时，原子核特别稳定。这跟元素的周期性非常相似，而原子的壳层结构理论正是建立在周期性这一事实基础之上的。 然而，最初的尝试却是失败的，人们从核子的运动，求解薛定谔方程，却得不到与实验相等的幻数。再加上观念与壳层模型截然相反的液滴模型已取得相当成功，使得人们很自然地对壳层模型采取否定态度。 后来，支持幻数核存在的实验事实不断增加，而不论是气体模型还是液滴模型，都无法对这一事实作出解释。直到1949年，迈耶和简森由于在势阱中加入了自旋-轨道耦合项，终于成功地解释了幻数，并且计算出了与实验正好相符的结果。
1、核的自旋：原子核的角动量，通常称为核的自旋。 2、衰变常量：衰变常量是在单位时间内每个原子核的衰变概率。 3、半衰期：半衰期是放射性原子核数衰减到原来数目的一半所需的时间。 4、平均寿命：平均寿命是指放射性原子核平均生存的时间。 5、放射性活度：在单位时间内有多少核发生衰变，亦即放射性核素的衰变率，叫衰变率。 6、放射性：原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。 7、放射性核素：能自发的放射各种射线的核素称为放射性核素，也叫做不稳定核素。 8、核衰变：原子核衰变是指原子核自发的放射出α或β 等粒子而发生的转变。 9、衰变能：原子核衰变时所放出的能量。 10、核素：具有相同质子数Z和中子数N的一类原子核，称为一种核素。 11、同位素：质子数相同，中子数不同的核素。 12、同中子素：中子数相同，质子数不同的核素。 13、同量异位素：质量数相同，质子数不同的核素。 14、同核异能素：质量数和质子数相同而能量状态不同的核素。 15、镜像核：质子数和中子数呼唤的一对原子核。 16、质量亏损：组成某一原子核的核子质量与该原子核质量之差。 17、核的结合能：自由核子组成原子核所释放的能量。 18、比结合能：原子核平均每个核子的结合能。 19、最后一个核子的结合能：是一个自由核子与核的其余部分组成原子核时，所释放的能量。 21、内转换现象：原子核从激发态到较低的能态或基态的跃迁时把核的激发能直接交给原子的壳层电子而发射出来。 22、内转换电子：内转换过程中放出来的电子。（如果单出这个就先写出内转换现象的定义） 23、内电子对效应： 24、级联γ辐射的角关联：原子核接连的放出的两个γ光子，若其概率与这两个γ光子发射方向的夹角有关，即夹角改变时，概率也变化，这种现象称为级联γ辐射角关联，亦称γ-γ角关联。 25、穆斯堡尔效应：原子核辐射的无反冲共振吸收。 26、核的集体模型：每个核子在核内除了相对其它核子运动外，原子核的整体还发生振动与转动，处于不同运动状态的核，不仅有自己特定的形状，还具有不同的能量和角动量，这些能量与角动量都是分立
《原子的核式结构》教学设计 一、教材分析 “原子的核式结构”是高中原子物理的重要内容，传统的教学设计虽然也能让学生掌握原子的核式结构内容，但不难看出传统教学模式仍为“师传生受”，学生还是被动地接收知识，即使学会了，也不能算会学，无法让学生体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。面对新课程改革的要求，为营造一个让学生自主学习的良好环境，本人结合平时的实践，对本节内容采用通过让学生小组讨论：用汤姆生的葡萄干布丁模型能否解释ɑ粒子散射实验现象，一步一步得出卢瑟福的原子核式结构模型，在教学中虽然不能进行真实的实验，但同样处处渗透着新课程理念的科学探究思想，从而利于提高学生的逻辑推理能力，观察能力，有利用培养学生勇于攀登科学高峰，不怕苦、不怕累的科学精神，这种通过让学生自己动眼观察、动脑思考，引导他们自己获取知识，不仅活跃了课堂气氛，还发展了学生的思维能力和创新能力。本节课的设计旨在追寻前人的足迹，通过对粒子散射实验分析，从而否定汤姆孙的原子模型，建立卢瑟福的原子核式结构模型。让学生了解在科学研究中，科学家们通过对实验事实的分析，提出模型或假说，这些模型或假说又在实验中经受检验，正确的被肯定，经不起检验的被否定，在新的基础上再提出新的假说。科学的研究这样螺旋上升和不断深入发展的。 内容分析 粒子散射实验和原子核式结构的内容是本节教学重点。其中粒子散射实验是常用的获取微观世界信息的方法，在原子结构的研究中有非常重要的作用，以后的质子和中子的发现都与粒子散射实验有关。本节对于原子核式结构的建立，粒子散射实验更是起到决定性的作用，所以重点在于对粒子散射实验观察、现象的分析以及从现象中猜测合理的结构。“原子的核式结构”是高中原子物理的重要内容，除了让学生掌握原子的核式结构内容，让学生体会建立模型研究物理问题的方法，理解物理模型的演化也很重要。通过让学生小组讨论：用汤姆生的枣糕模型能否解释ɑ粒子散射实验现象，一步一步得出卢瑟福的原子核式结构模型，在教学中虽然不能进行真实的实验，但同样处处渗透着新课程理念的科学探究思想，从而利于提高学生的逻辑推理能力和分析能力。 学情分析 对于原子的结构其实学生早已经知道，初中的物理、化学中都已经清楚。所以原子结构如何不是本节课要教授的目的，如何从粒子散射实验现象中得出合理的原子结构模型才是本节要关注的重点。前面光的波动性、光的粒子性的学习使学生对于从现象找本质，建模型或假说的过程已不再陌生，所以对学生进行适当的引导、提问即可理解原子核式结构模型。前一节学习了电子的发现过程，学生已经知道原子是有结构的，那么结构如何分布呢学生在化学中已经学习了原子核外的电子排布，绝大多数学生都已经知道了原子由原 子核和电子组成但一般都尚未清楚原子大小与原子核大小的比例关系，而这一比例必将对 学生认识微观世界产生巨大的冲击，从而激发学生的学习热情。
王为民核子（质子和中子）壳层模型概述 王为民（四川南充龙门中学） 王为民核子（质子和中子）壳层模型类似原子的能级结构，类似原子核平均场的壳层模型。 这就是要考虑仅仅由质量差不多的三个夸克，类似经典天体物理三体的绕转问题。 核子的力场是胶子场，它形成了一个势阱，因为考虑到质子带电，中子不带电，所以质子的势阱要加一个小小的势垒，而质子势阱底部却比中子高一些。 虽然核子没有一个质量特别大的结构作为质量中心，但是，其约化平均质量的中心却是存在的。于是核子中的夸克可以围绕这个约化质量中心旋转形成能级结构。在核子直径方向形成一维势阱。或考虑三维立体坐标形成三维势阱。但是，由于三维势阱第一能级（基态）和一维势阱一样，只有一个能级，是s态（基态），第二能级有三个简并势阱比一维多两个。但是，考虑到核子中的夸克仅仅只有三个进行填充，所以，不影响最低能级的填充情况。势阱中的能量表达式为 E n=n2h2/8md2，n=1,2,3, (1) 其中，m为上夸克或下夸克的质量，d为势阱宽度。 自旋-轨道相互作用的附加能量为 △E j=C L?s=C?[j(j+1)-L(L+1)-3/4]/2 =CL/2或-C(L+1)/2 前者对于j=L+1/2，后者对于j=L-1/2 （2）其中的常数C由实验确定。两个能级的间隔为 △E=△E L-1/2-△E L+1/2=-(2L+1)C/2 （3）其中，L越大，能级分裂越厉害。在核子内，夸克受自旋-轨道相互作用势影响特别强，和原子中的电子情况不一样，不是微扰势，仅产生能级的精细结构。 按照能量最低原理和泡利不相容原理将夸克在核子的势阱中进行填充。 质子(p)的填充情况为：第一能级填一个上夸克(u)和一个下夸克(d)，让其自旋方向相反，因为上夸克带正2/3单位电荷，而下夸克带负1/3单位电荷，可以做到正负电荷相吸，能量最低，同时，自旋方向相反，结果磁矩方向相同，对于磁场来说，磁矩方向相同能量最低，降低磁场能，这是磁铁形成原理。第二能级的就只能填上夸克(u)了，为了减小能量，第二级的上夸克的自旋方向应该和第一能级的上夸克方向相同，以便形成相同的磁矩方向，降低磁场能。 所以，质子的总自旋是三个夸克自旋之和，等于1/2，按照这样的质子壳层结构，计算质子的磁矩和实验值相等的情况下可以配合中子磁矩的计算，求出上夸克和下夸克的精确静质量。 中子(n)的填充情况为：第一能级（基态）同样填一个上夸克(u)和一个下夸克(d)，和质子填充情况一样。只是第二能级填的是下夸克，为了降低磁场能，下夸克(d)的自旋方向和第一能级的下夸克自旋方向相同，所以，中子的自旋仍然是1/2，是三个夸克自旋之和。但是，磁矩方向却和下夸克的自旋方向相反，而与上夸克自旋方向和磁矩方向相同，这就是中子为什么整体不带电却有磁矩，而磁矩方向与中子自旋方向相反的原因。同样，根据中子的这个能级结构计算中子的磁矩，在等于实验测定值的情况下，和质子磁矩计算等式相配合，可以精确计算出自由上夸克和下夸克的静质量。 由此可见，质子和中子为两个球壳结构，第一能态（基态）为质子和中子的硬芯。 经过实验精确测定质子的磁矩为
第一章 1-3.试计算核素He和Li，并对比结合能之差别作讨论。 1-4.试计算Zr，Zr，Zr，三个核素的中子分离能；比较这三个分离能，可得出 什么重要结论？ 1-5.求出U的平均结合能；如果近似假定中等质量原子核的平均结合能为8.5MeV，试估计一个U核分裂成两个相同的中等原子核时，能放出多少能量？
1-6.试由质量半经验公式，试计算Ca和Co的质量，并与实验值进行比较。 1-7.利用质量半经验公式来推导稳定核素的电荷数Z与质量数A的关系式，并与β稳定线的经验公式作比较？ 1-8.试利用镜核（A相同，中子数N和质子数Z互换的一对核）N和C质量差以及质量半经验公式来近似估算原子核半径参量r。
1-11.在核磁共振法研究原子Mg的基态（Iπ=5/2+）的磁特性实验中，当恒定磁场的强度B0=5.4×103Gs以及高频磁场的频率为v=1.40MHz时，发现了能量的共振吸收，试求gI因子及核磁矩。 1-12.假定核电荷Ze均匀分布在两个主轴分别为a和c（c沿对称轴）的旋转椭 球内，试推导公式（1.6.6）。（Q=2 Z（c2-a2）） 5
第二章 2-1.核力有哪些主要性质？对每一种性质，要求举一个实验事实。 2-3.试计算从N 715O 816F 917 中取出一个质子所需的能量；并进行比较，从中可得出 什么结论？
2-4.由质量半经验公式估算O 17和F 17的基态质量差，并与实验值比较。（r0取1.4fm ） 2-5.根据壳层模型决定下列一些核的基态自旋和宇称：He 23，Li 37，Mg 1225，K 1941 ，Cu 2963，Kr 3683，Sb 51123，Pb 82209 .
普通高中课程标准实验教科书—物理(选修3-５） 第十八章原子结构 新课标要求 1.内容标准 （１)了解人类探索原子结构的历史以及有关经典实验。 例1 用录像片或计算机模拟,演示α粒子散射实验. (2）通过对氢原子光谱的分析，了解原子的能级结构。 例2 了解光谱分析在科学技术中的应用。 2.活动建议 观看有关原子结构的科普影片。 新课程学习 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．了解原子结构模型建立的历史过程及各种模型建立的依据. ２.知道α粒子散射实验的实验方法和实验现象，及原子核式结构模型的主要内容。 (二)过程与方法 1.通过对α粒子散射实验结果的讨论与交流，培养学生对现象的分析中归纳中得出结论的逻辑推理能力。 ２.通过核式结构模型的建立,体会建立模型研究物理问题的方法,理解物理模型的演化及其在物理学发展过程中的作用。 3．了解研究微观现象。 （三）情感、态度与价值观 1.通过对原子模型演变的历史的学习，感受科学家们细致、敏锐的科学态度和不畏权威、尊重事实、尊重科学的科学精神。 2．通过对原子结构的认识的不断深入,使学生认识到人类对微观世界的认识是不断扩大和加深的,领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义. ★教学重点 1．引导学生小组自主思考讨论在于对α粒子散射实验的结果分析从而否定”枣糕模
型”，得出原子的核式结构； 2．在教学中渗透和让学生体会物理学研究方法,渗透三个物理学方法:模型方法，黑箱方法和微观粒子的碰撞方法； ★教学难点 引导学生小组自主思考讨论在于对ɑ粒子散射实验的结果分析从而否定”枣糕模型”，得 出原子的核式结构 ★教学方法 教师启发、引导,学生讨论、交流。 ★教学用具: 投影片,多媒体辅助教学设备 ★课时安排 1 课时? ★教学过程 （一)引入新课 讲述：汤姆生发现电子,根据原子呈电中性,提出了原子的＂枣糕模型"。 学生活动：师生共同得出汤姆生的原子“枣糕模型"。 点评：用动画展示原子”枣糕模型”。 （二)进行新课 １．α粒子散射实验原理、装置 （1)α粒子散射实验原理： 汤姆生提出的枣糕原子模型是否对呢? 原子的结构非常紧密，用一般的方法是无法探测它的内部结构的,要认识原子的结构，需要用高速粒子对它进行轰击。而α粒子具有足够的能量，可以接近原子中心。它还可以使荧光屏物质发光。如果α粒子与其他粒子发生相互作用,改变了运动方向,荧光屏就能够显示出它的方向变化。研究高速的α粒子穿过原子的散射情况,是研究原子结构的有效手段。 学生:体会α粒子散射实验中用到科学方法;渗透科学精神（勇于攀登科学高峰,不怕苦、不怕累的精神)的教育. 教师指出:研究原子内部结构要用到的方法：黑箱法、微观粒子碰撞方法。 （2)α粒子散射实验装置 α粒子散射实验的装置,主要由放射源、金箔、荧光屏、望远镜和转动圆盘几部分组成。 α粒子散射实验在课堂上无法直接演示,希望借助多媒体系统,利用动画向学生模拟实验的装置、过程和现象，使学生获得直观的切身体验，留下深刻的印象。通过多媒体重点指出,荧光屏和望远镜能够围绕金箔在一个圆周上运动，从而可以观察到穿透金箔后偏转角度不同的α粒子.并且要让学生了解,这种观察是非常艰苦细致的工作，所用的时间也是相当长的。 动画展示α粒子散射实验装置动画展示实验中，通过显微镜观察到的现象
1.放射性：原子核自发地放射各种射线的现象 α衰变：处于激发态的放射性核素（X)，自发地放出α粒子，而转变成另一种原子核（Y)的过程，称为α衰变 2．半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间 3．能级宽度 3.放射性活度定义：一个放射源在单位时间内发生衰变的原子核数。以A表示，表征放射源的强弱。 4.比活度S：单位质量放射性物质的放射性活度 5.核的自旋：原子核的角动量 6.衰变常量：λ指单位时间内每个原子核的衰变概率 7.放射性核素：能自发放射各种射线的核素 8.原子核衰变：指原子核自发地放射出α或β等粒子而发生的转变 9.衰变能：原子核衰变所放出的能量 10.核素：具有相同质子数和中子数的一类原子核。 11.同位素：质子数相同，中子数不同的核素。 12.同量异位素：质量数相同，质子数不同的核素。 13.同核异能素：中子数和质量数均相同，而能量不同的核素。（7.5） 同中异位素：中子数相同，质子数不同的核素。 同核异能态：寿命比较长的激发态 同位素丰度：某元素中各同位素天然含量的原子数百分比 14.镜像核：质子数和中子数对换的一对核素。 B稳定线：在z-n平面上，连接具有B稳定性核素的曲线。在B稳定线左上部的核素，具有b负放射性，B稳定线右下部的核素具有电子俘获或者B+放射性，这个变化过程向着b稳定线靠拢，B稳定线表示了原子核中中子数N和原子数Z相等的核素具有较大的稳定性。 Γ辐射的角关联：原子核接连的放出两个γ光子，若其概率与这两个γ光子发射方向的夹角有关，即夹角改变时，概率也改变，这种现象称为级联γ辐射的角关联，亦称γγ角关联 核反应：原子核与原子核或者，原子核与其他粒子之间的相互作用引起的各种变化。核反应阈能：在L系中能够引起核反应的入射粒子的最低能量。 核反应截面：一个粒子入射到单位面积内只含有一个靶核的靶子上所发生的反应概率。 特征X射线：高速电子撞击材料后，材料内层电子形成空位，外层电子向空位跃迁会辐射X射线 液滴模型1，原子核平均每个核子的结合能几乎是常量，2，原子核的体积及时的正比于核子数，表示原子核不可压缩，与液体类似。因此，原子核的液滴模型把原子核当做带正电的液滴。 16.质量亏损：组成某一原子核的核子质量之和与该原子核质量。 17.核的结合能B：自由核子组成原子核所释放的能量。 18.比结合能ε：原子核平均每个核子的结合能。 19.最后一个核子的结合能：一个自由核子与核的其余部分组成原子核时，所释放的能量。 20.内转换电子：跃迁时可以把核的激发能直接交给原子的壳层电子发射出来。这种现象叫内转换，内转换过程放出的电子就叫内转换电子。 21.穆斯堡尔效应：把放射源和吸收体的束缚在固体晶格中，如果γ光子满足一定的条件，那么这时遭受反冲的不是单个原子核而是整块晶体。与单个原子核的质量相比，晶体的质量大的不可比拟。所以反冲速度极小，反冲能量实际等于零，整个过程可看作无反冲的过程。这种效应叫穆斯堡尔效应 怎样实现穆斯堡尔效应： 22.集体模型：集体模型的基础是壳模型，它保留了壳模型的基本概念，认为核子在平均核场中独立运动并形成壳层结构，但对壳模型做了补充，认为原子核可以发生形变，并产生转动和振动等集体运动。 23.核反应：原子核与原子核，或者原子核与其它粒子等之间的相互作用所引起的各种变化交核反应。 24.反应能：核反应过程中放出的能量，通常用Q表示。 25.阈能：在L系中，能够引发核反应的入射粒子最低能量，称为阈能。 26.核反应截面：表示一个粒子入射到单位面积内只含一个靶核的靶子上所发生的反应概率。 27.核反应微分截面：单位时间出射至某方向单位立体角内的粒子数除以单位时间的入射粒子数与单位面积的靶核数之积 28.俄歇电子(Auger electron) 在原子壳层中产生电子空穴后，处于高能级的电子可以跃迁到这一层，同时释放能量.当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个电子就可以脱离原子发射，被称为俄歇电子 29.核的反应产额：入射粒子在靶中引起的的反应数和入社粒子之比，即一个入射粒子与靶中引起反应的概率。 原子核的衰变：在没有外界影响的情况下，原子核自发的发射粒子并发生改变的现象