目 录
引言---------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 §0.1探索物质微观结构的前沿科学------------------------------------------------------------------1 §0.2核及粒子物理研究的对象及内容---------------------------------------------------------------3 §0.3核及粒子物理学研究对象的基本特征---------------------------------------------------------4 §0.4自然单位制------------------------------------------------------------------------------------------6
第一章 粒子束的获得---------------------------------------------------------------------------------------11 §1.1放射源-----------------------------------------------------------------------------------------------11 §1.2反应堆-----------------------------------------------------------------------------------------------21 §1.3粒子加速器-----------------------------------------------------------------------------------------23 §1.4宇宙线-----------------------------------------------------------------------------------------------31
第二章 粒子束与物质相互作用和粒子的探测---------------------------------------------------------39 §2.1粒子与物质相互作用-----------------------------------------------------------------------------39 §2.2粒子探测器-----------------------------------------------------------------------------------------55 §2.3粒子谱仪系统--------------------------------------------------------------------------------------67
第三章 核及粒子的基本特性------------------------------------------------------------------------------81 §3.1核及粒子的质量-----------------------------------------------------------------------------------81 §3.2粒子自旋--------------------------------------------------------------------------------------------89 §3.3核与粒子的电磁矩--------------------------------------------------------------------------------94
第四章 核与粒子的非点结构----------------------------------------------------------------------------104 §4.1相互作用的量子场论的描述------------------------------------------------------------------104 §4.2粒子的分类---------------------------------------------------------------------------------------109 §4.3弹性散射－探测核与粒子“荷”的分布----------------------------------------------------112 §4.4轻子是类点粒子---------------------------------------------------------------------------------127
第五章 守恒定律及其应用-------------------------------------------------------------------------------137 §5.1对称性与守恒定律------------------------------------------------------------------------------137 §5.2 n-p 对称性和同位旋守恒----------------------------------------------------------------------142 §5.3规范变换不变性?相加性量子数守恒------------------------------------------------------150
第六章 分立变换对称性和相乘性量子数-------------------------------------------------------------161 § 6.1全同粒子交换对称性---------------------------------------------------------------------------161 § 6.2空间反射变换及空间宇称---------------------------------------------------------------------164 § 6.3电荷共轭变换及宇称------------------------------------------------------------------------177 C §6.4时间反演变换对称性和定理----------------------------------------------------------183 CPT §6.5中性介子衰变和破缺------------------------------------------------------------------189
ΚCP 第七章 强子结构的夸克模型----------------------------------------------------------------------------199 §7.1强子态的产生------------------------------------------------------------------------------------199 § 7.2强子谱和强子结构的夸克模型---------------------------------------------------------------204 §7.3重子的味多重态------------------------------------------------------------------------210 )3(SU §7.4介子的多重态---------------------------------------------------------------------------215 )3(SU §7.5强子的质量和强子的磁矩---------------------------------------------------------------------218 § 7.6重味夸克的发现和重夸克偶素---------------------------------------------------------------225
§7.7含有重味夸克的强子---------------------------------------------------------------------------230
第八章粒子及其相互作用--------------------------------------------------------------------239
§8.1,带有电磁荷的粒子的相互作用-量子电动力学（QED）----------------------239
§8.2,强相互作用理论—量子色动力学（QCD）----------------------250
§8.3，弱相互作用----------------------------------------------------------------265
§8.4，弱中性流和电弱统一----------------------------------------------------------------277
附录一相对论粒子碰撞运动学------------------------------------------------------------------------292 附录二常用物理常数表----------------------------------------------------------------------------------311 附录三常见物质属性-------------------------------------------------------------------------------------312 附录四常用放射源----------------------------------------------------------------------------------------314 附录五C-G常数表-----------------------------------------------------------------------------------------315 附录六强子命名规则-------------------------------------------------------------------------------------316
粒子物理与原子核物理 一、专业介绍 1、概述： 粒子物理与原子核物理是以国内外的大型高能物理实验为依托，从理论和实验上研究物质最基本的构成、性质及其相互作用的规律。其中也包括粒子物理探测新技术和新型探测器的研究；粒子物理理论研究中的计算物理新方法的开发和研究。这些研究将深化我们对物质世界更深层次基本规律的认识。在21 世纪，以兴建若干大科学工程为标志，国际上粒子物理与核物理学科正在继续蓬勃发展并面临着重大的突破，必将继续对各国的国防、能源、交叉学科等的发展起重要的推动作用。 2、研究方向： 粒子物理与原子核物理的研究方向主要有：01.理论核物理 02.实验核物理 03.高能物理与粒子物理 04.应用核物理 05.微机应用与核电子学 06.中子物理与裂变物理 07.核聚变与等离子体物理 08.非平衡态统计物理 （注：各大院校的研究方向有所不同，以北京大学为例） 3、培养目标：
本专业培养研究生具有量子场论、粒子物理、核物理和近代数学的坚实的理论基础和专门知识，掌握射线探测技术及利用计算机在线获取数据和分析数据的方法，或能使用计算机进行理论研究。了解该学科发展动态和前沿进展，能够适应我国经济、科技、教育发展需要，并具有独立从事该学科前沿研究和专业教学的能力。还应较为熟练地掌握一门外国语，能阅读本专业的外文资料，具有开拓进取严谨求实的科学态度和作风。 4、研究生入学考试科目： （1）101思想政治理论 （2 )201英语一 （3）603普通物理(含力学、热学、电磁学、光学)、604量子力学 （4）804经典物理(含电动力学、热力学与统计物理)、809原子核物理 报考本专业０１—０６研究方向方向考试科目③限考量子力学，考试科目④中经典物理、原子核物理任选一门；０７—０８研究方向考试科目③限考普通物理，考试科目④限考经典物理。 （注：各大院校的考试科目有所不同，以北京大学为例） 5、与之相近的一级学科下的其他专业： 理论物理、原子与分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、070206声学、光学、无线电物理。 6、课程设置：（以中国科学技术大学为例）
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。
习 题 12-1．计算1GeV 的质子和1GeV 的197Au 的德布罗意波长。 12-2．讨论在反应中容许的角动量和宇称。已知π介子的自旋宇称是00π n n d π++→+?-，而且入射π--的能量很低。 12-3．(a) 说明π+π-系统只能处在轨道角动量量子数l=偶数而总同位旋T=0或2的态上, 或者l=奇数而T=1的态上。（b）说明π0π0系统只能在T=0或2的态上，因而l只能为偶数。 (c) 讨论π+π+系统可能的状态。） 12-4. (a) 产生Ω-的常用办法是采用p-p对撞，给出遵守所有强作用守恒定律的反应并 算出反应所需的阈能。(b) 给出用K -产生Ω-的反应并算出阈能。 12-5. 说明在采用过程产生超核时，如果将约500MeV/c的K介子入射到几乎静止的中子上并且在接近0度方向测到π介子，则产生的Λ??+→+π Λn K 00能量很低。在这种情 况下Λ0容易占据中子原来在核内的轨道。分析中子在初始状态的低能运动对超核的产生会有什么效应。 12-6．在衰变母体为静止的参照系中，计算每个衰变产物的动能： （a ） ; μνμπ+→+ + (b) ;πp 0?+→Λ(c) -0-K +Λ→Ω(d) 0π πK +→++12- 在衰变母体为静止的参照系中，计算每个衰变产物的最大动能： ;)(; )(; )(; )(0000K K d n c K b a L ++→++→Σ++→++→??+??+ωψυμνμππππωμμ 12-7．在下列反应中，计算出各射粒子的动能。假定式中第一个粒子以给出的动量入射到静止的第二个粒子上。 （a ） +?+→+πΣp K -GeV/c 2.1=i p (b) GeV/c 4.2n ρp π0=+→+?i p 12-8. 假定下列反应中前一粒子入射到静止的第二个粒子上，求反应的阈能： → ++→++??p p (b);K Ξp K (a)Υ n ωp π)(+→+? c 12-9. 用K -+n 12-10．分析下列衰变或反应违反了那些守恒定律。如果可能，指出这些过程通过什么相互作用仍能发生。
大学物理学复习资料 第一章 质点运动学 主要公式： 1．笛卡尔直角坐标系位失r=x i +y j +z k ， 质点运动方程（位矢方程）：k t z j t y i t x t r )()()()(++= 参数方程：。t t z z t y y t x x 得轨迹方程消去→?? ?? ?===)()() ( 2．速度：dt r d v = 3．加速度：dt v d a = 4．平均速度：t r v ??= 5．平均加速度：t v a ??= 6．角速度：dt d θ ω= 7．角加速度：dt d ω α= 8．线速度与角速度关系：ωR v = 9．切向加速度：ατR dt dv a == 10．法向加速度：R v R a n 2 2 ==ω 11．总加速度：2 2n a a a +=τ 第二章 牛顿定律 主要公式： 1．牛顿第一定律：当0=合外F 时，恒矢量=v 。 2．牛顿第二定律：dt P d dt v d m a m F = == 3．牛顿第三定律（作用力和反作用力定律）：F F '-=
第三章 动量和能量守恒定律 主要公式： 1．动量定理：P v v m v m dt F I t t ?=-=?=?=?)(1221 2．动量守恒定律：0,0=?=P F 合外力当合外力 3. 动能定理：)(2 1212 22 1 v v m E dx F W x x k -= ?=?=? 合 4．机械能守恒定律：当只有保守内力做功时，0=?E 第五章 机械振动 主要公式： 1．)cos(?ω+=t A x T πω2= 弹簧振子：m k =ω，k m T π2= 单摆：l g = ω，g l T π2= 2．能量守恒： 动能：221 mv E k = 势能：2 2 1kx E p = 机械能：22 1 kA E E E P k =+= 3．两个同方向、同频率简谐振动的合成：仍为简谐振动：)cos(?ω+=t A x 其中： ? ? ???++=?++=22112211212221cos cos sin sin cos 2??????A A A A arctg A A A A A a. 同相，当相位差满足：π?k 2±=?时，振动加强，21A A A MAX +=； b. 反相，当相位差满足：π?)12(+±=?k 时，振动减弱，21A A A MIN -=。
第一章核物理基础 第一节基本概念 一、原子结构 原子是构成物体的微小单位，其大小为10－10m数量级，原子的中心是带正电的原子核，其大小是原子的万分之一，为10－14m数量级；核的周围是带负电的电子在绕核运动，每个电子所带电荷量为e＝1.60219×10－19C。原子核由不同数目的质子和中子组成，质子带正电荷e，中子不带电，质子和中子统称为核子。 原子序数：任何原子的核外电子数，统称为原子的原子序数。由于原子是电中性，核内质子数必然等于核外电子数，因此原子序数同时表示了核外电子数、核内质子数和核电荷数。 核素：具有确定质子数和中子数的原子总体称为核素。目前已知的核素有2000多种。 元素：具有相同原子序数（质子数）的原子总体称为元素。到目前为止，天然和人工合成的元素有109种，组成元素周期表。 同位素：质子数相同而中子数不同的核素，在元素周期表中处于同一位置，故互称同位素。 原子的符号表示：A Z X，X是元素符号，Z是原子序数，A是原子的质量数（原子量），也是原子核内的核子数。 例：1 1H、2 1 H、3 1 H、226 88 Ra、99 43 Tc 量子力学揭示：核外电子的运动状态由主量子数n，轨道角动量量子数l，轨道方向量子数m l 和自旋量子数m s决定。根据泡利不相容原理，在原子中不能有两个电子处于同一状态，即不能有两个电子具有完全相同的四个量子数。在一个原子中具有相同n量子数的电子构成一个壳层，n＝1、2、3、4、5、6、7的各层分别被称为K、L、M、N、O、P、Q层；在一个壳层内，具有相同l量子数的电子构成一个次壳层，l＝0、1、2、3、4、5、6的各次壳层分别用符号s、p、d、f、g、h、i 表示。 二、原子、原子核能级 电子在原子核的库仑场中所具有的势能主要由主量子数n和轨道角动量量子数l决定，并随n、l的增大而升高。 零势能规定：习惯上规定当电子与核相距无穷远时，电子所具有的势能为零。因此，当电子填充核外某一个壳层时，其势能为负值。 基态：电子填充壳层时按照从低能到高能的顺序进行，以保证原子处于最低能量状态。由于内层电子对外层电子具有屏蔽效应，所以实际电子填充壳层时，会出现能级交错，而不是按壳层顺序逐个填充。 结合能：当一个自由电子填充壳层时，会以发射一个光子的形式释放能量，能量的大小等于壳层能级能量的绝对值，这些能量称为相应壳层的结合能。结合能随n、l的增大而减小，对于同一个能级，结合能随原子序数增大而增加。 激发态：当电子获得能量，从低能级跃迁到高能级而使低能级出现空位时，称原子处于激发态。 辐射称为特征辐射：处于激发态的原子很不稳定，高能级的电子会自发跃迁到低能级空位上，从而使原子回到基态。两能级能量的差值一种可能是以电磁辐射的形式发出，这种辐射称为特征辐射，当特征辐射的能量足够高，进入X射线能量范围时，又称为特征X射线；另一种可能是传递给外层电子，使之脱离原子束缚成为自由电子，这种电子称为俄歇电子，它的能量等于相应跃迁的X 射线能量减去该电子的结合能。 K系特征辐射：如果空位出现在K层，L和M及更外层的电子就会跃迁到K层，同时产生K 系特征辐射。类似，有L系特征辐射、M系特征辐射等。
习题3 3.1选择题 (1) 有一半径为R 的水平圆转台，可绕通过其中心的竖直固定光滑轴转动，转动惯量为J ，开始时转台以匀角速度ω0转动，此时有一质量为m 的人站在转台中心，随后人沿半径向外跑去，当人到达转台边缘时，转台的角速度为 (A) 02ωmR J J + (B) 02 )(ωR m J J + (C) 02 ωmR J (D) 0ω [答案： (A)] (2) 如题3.1（2）图所示，一光滑的内表面半径为10cm 的半球形碗，以匀角速度ω绕其对称轴OC 旋转，已知放在碗内表面上的一个小球P 相对于碗静止，其位置高于碗底4cm ，则由此可推知碗旋转的角速度约为 (A)13rad/s (B)17rad/s (C)10rad/s (D)18rad/s (a) (b) 题3.1（2）图 [答案： (A)] (3)如3.1(3)图所示，有一小块物体，置于光滑的水平桌面上，有一绳其一端连结此物体，；另一端穿过桌面的小孔，该物体原以角速度ω在距孔为R 的圆周上转动，今将绳从小孔缓慢往下拉，则物体 （A ）动能不变，动量改变。 （B ）动量不变，动能改变。 （C ）角动量不变，动量不变。 （D ）角动量改变，动量改变。 （E ）角动量不变，动能、动量都改变。 [答案： (E)] 3.2填空题 (1) 半径为30cm 的飞轮，从静止开始以0.5rad·s -2的匀角加速转动，则飞轮边缘上一点在飞轮转过240?时的切向加速度a τ= ，法向加速度
a n=。 [答案：0.15; 1.256] (2) 如题3.2（2）图所示，一匀质木球固结在一细棒下端，且可绕水平光滑固定轴O转动，今有一子弹沿着与水平面成一角度的方向击中木球而嵌于其中，则在此击中过程中，木球、子弹、细棒系统的守恒，原因是。木球被击中后棒和球升高的过程中，对木球、子弹、细棒、地球系统的守恒。 题3.2（2）图 [答案：对o轴的角动量守恒，因为在子弹击中木球过程中系统所受外力对o轴的合外力矩为零，机械能守恒] (3) 两个质量分布均匀的圆盘A和B的密度分别为ρA和ρB (ρA>ρB)，且两圆盘的总质量和厚度均相同。设两圆盘对通过盘心且垂直于盘面的轴的转动惯量分别为J A和J B，则有J A J B 。（填>、<或=） [答案：<] 3.3刚体平动的特点是什么？平动时刚体上的质元是否可以作曲线运动？ 解：刚体平动的特点是：在运动过程中，内部任意两质元间的连线在各个时刻的位置都和初始时刻的位置保持平行。平动时刚体上的质元可以作曲线运动。 3.4刚体定轴转动的特点是什么？刚体定轴转动时各质元的角速度、线速度、向心加速度、切向加速度是否相同？ 解：刚体定轴转动的特点是：轴上所有各点都保持不动，轴外所有各点都在作圆周运动，且在同一时间间隔内转过的角度都一样；刚体上各质元的角量相同，而各质元的线量大小与质元到转轴的距离成正比。因此各质元的角速度相同，而线速度、向心加速度、切向加速度不一定相同。 3.5刚体的转动惯量与哪些因素有关？请举例说明。 解：刚体的转动惯量与刚体的质量、质量的分布、转轴的位置等有关。如对过圆心且与盘面垂直的轴的转动惯量而言，形状大小完全相同的木质圆盘和铁质圆盘中铁质的要大一些，质量相同的木质圆盘和木质圆环则是木质圆环的转动惯量要大。
(转载)物理参考书推荐 来源：张天一Albert的日志 学完了物理系的前三年课程之后，除了学到的方法和知识，最大的感慨来自于对我科的课本。记得当年大一时听师兄讲学习经验，有位师兄说到，科大出的教材的最大特点就是三个字：看不懂。现在我深有同感。 科大物理学院整体实力很好很强大，但在教材编排上却不尽人意。个人感觉我科教材问题在于： 1 组织欠佳，总是想在一开始就讲的足够深足够广，行文上循序渐进性不够，常常给初学者造成不必要的困难； 2 缺乏例证，课本中例子太少，仅有的例子常常没什么技术含量，对概念理解和完成作业帮助很有限； 3 可读性差，如果一件事有若干种阐述方式，我科教材常常选择最晦涩的那种； 4 印制粗糙，学校的物理书要么纸张像草纸，要么排版不好，或是二者兼有。 经常有师弟师妹抱怨学校的物理书看不懂。我觉得主要原因在于作者而不是读者。不过，当课本看不懂时，最好的办法不是放弃在这门课上的努力，而是换一本课本。这也是我三年来屡试不爽的办法。一本好的课本不但可以帮助理解概念、
形成能力或是应对考试，更重要的是，一本好的课本可以极大的节约在一门课上花费的时间，而在这些事件里可以做很多自己想做的事，可以是学术、睡觉、腐败，或是打球、刷片、吃串，也可以是打牌、K歌、DOTA，或是花前月下，卿卿我我...总之，一本好教材可谓善莫大焉，下面是我自己学习过程中总结的各种好教材以及对其的评价。 置顶：《费恩曼物理学讲义》 普通物理学： 力学《力学》漆安慎 电磁学《电磁学》赵凯华 热学《热力学与统计物理》汪志诚 光学《光学》赵凯华 原子物理学《原子物理学》杨福家 理论物理学：
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 =++
大学物理学知识总结 第一篇力学基础 质点运动学 一、描述物体运动的三个必要条件 （1）参考系（坐标系）：由于自然界物体的运动是绝对的，只能在相对的意义上讨论运动，因此，需要引入参考系，为定量描述物体的运动又必须在参考系上建立坐标系。 （2）物理模型：真实的物理世界是非常复杂的，在具体处理时必须分析各种因素对所涉及问题的影响，忽略次要因素，突出主要因素，提出理想化模型，质点和刚体是我们在物理学中遇到的最初的两个模型，以后我们还会遇到许多其他理想化模型。 质点适用的范围： 1.物体自身的线度l远远小于物体运动的空间范围r 2.物体作平动 如果一个物体在运动时，上述两个条件一个也不满足，我们可以把这个物体看成是由许多个都能满足第一个条件的质点所组成，这就是所谓质点系的模型。 如果在所讨论的问题中，物体的形状及其在空间的方位取向是不能忽略的，而物体的细小形变是可以忽略不计的，则须引入刚体模型，刚体是各质元之间无相对位移的质点系。 （3）初始条件：指开始计时时刻物体的位置和速度，（或角位置、角速度）即运
动物体的初始状态。在建立了物体的运动方程之后，若要想预知未来某个时刻物体的位置及其运动速度，还必须知道在某个已知时刻物体的运动状态，即初台条件。 二、描述质点运动和运动变化的物理量 （1）位置矢量：由坐标原点引向质点所在处的有向线段，通常用r 表示，简称位矢或矢径。 在直角坐标系中 zk yi xi r ++= 在自然坐标系中 )(s r r = 在平面极坐标系中 rr r = （2）位移：由超始位置指向终止位置的有向线段，就是位矢的增量，即 1 2r r r -=? 位移是矢量，只与始、末位置有关，与质点运动的轨迹及质点在其间往返的次数无关。 路程是质点在空间运动所经历的轨迹的长度，恒为正，用符号s ?表示。路程的大小与质点运动的轨迹开关有关，与质点在其往返的次数有关，故在一般情况下： s r ?≠? 但是在0→?t 时，有 ds dr = （3）速度v 与速率v ：
目录 摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key words (1) 序言 (2) 1.伦琴和X射线的发现 (3) 1.1偶然的发现 (3) 1.2机遇是留给有准备的人 (3) 2.贝克勒尔发现放射性 (3) 2.1贝克勒尔发现铀盐辐射 (4) 3.居里夫人和镭的发现 (4) 3.1钋的发现 (4) 3.2不知疲倦的科学家 (5) 3.3生活的不幸成为研究的动力 (6) 4.卢瑟福和α射线的研究 (6) 4.1卢瑟福发现α射线 (7) 4.2卢瑟福提出有核原子模型 (8) 5.总结 (9) 参考文献 (10) 致谢 (11)
摘要：在21世纪，原子核物理学已经在人类生活，军事上都得到了广泛应用，但有多少人知道其发现的历程呢！在以牛顿理论系统建立的经典力学的大厦笼罩下，原子核物理学又是经过多少科学家的反复推导和验证诞生的呢！或许岁月的长河会掩盖住过往的尘沙，但它无法遮挡住那如黄金般闪耀的历程！ 在本文中我们将通过文献研究法和调查法，跟寻科学家的脚步，来重新认知原子核物理的发展的历程。并且着重通过对卢瑟福对α射线的研究，尤其是α粒子的大角度散射实验，来亲自感受原子核发现的经过。最后讨论原子和物理的发现和发展给人类带来的好处和坏处，正确的对待科学，应用科学，使我们的家园变得更美好。 关键字：X射线放射性α射线 Abstract：In the 21st century, nuclear physics has been in the human life, the military has been widely used, but how many people know that their findings of course! In Newton's theory of classical mechanics system set up for our shadowat, omic nucleus physics and after how many scientists of derivation and validation is born again and again! The long river of years may obscure past dust, but it cannot block the shine like gold of course! In this article, we will through the literature research and survey method and steps of scientists, to the cognitive development of nuclear physics. And emphatically based on the research of the rutherford to alpha rays, especially of alpha particles, large Angle scattering experiment, after found to experience personally the nucleus. Finally discussed the discovery and development of atoms and physical brings to the human, the advantages and disadvantages of the correct treatment of science, applied science, make our home more beautiful. Keywords:X ray radioactive alpha
物理学院（系）物理学专业 2017级本科培养方案 一、培养目标 本专业培养德才兼备，具有领袖气质和家国情怀，拥有物理学的知识背景和学科交叉能力、具有国际视野的复合型拔尖创新人才。本专业分为普通班和基地班，都必须掌握扎实全面的物理学基础知识。普通班经过本专业的四年培养，学生将掌握扎实的物理学基础知识和数理分析能力，具备良好的实验技能和数据分析能力，有潜力成为国家社会发展中的领军人物。基地班以培养未来的科学家为目标，经过四年的专业培养，学生将跻身学科研究前沿，有成为科研新锐的实力和素质。 二、培养规格和要求 本专业为学制四年的大学本科专业。要求学生完成所有必修课、一定的专业选修课和公共选修课，并符合下列条件： 1. 系统地掌握物理基础理论、基本知识和实验技能，了解物理学的新成就和发展方向，能熟练使用计算机，能较熟练地掌握一门外语。 2. 具有一定的科学研究能力，有参加科研实践的体验，有较强的自学能力、分析问题和解决问题的能力。 3. 德、智、体、美全面发展，具有优秀的道德品质和综合素质，拥有扎实的物理学专业知识和技能。 4. 热爱祖国，热心为社会服务，树立为国为民的远大志向，承担时代赋予的责任。 5. 具有国际化的视野和领袖气质，有成为行业精英和领军人才的潜质。
三、授予学位与修业年限 按要求完成学业者授予理学学士学位。修业年限：4年。 五、专业基础课程 六、专业核心课程
七、专业特色课程： 国家精品课程：电动力学 八、专业课程设置及教学进程计划表（见附表一） 九、专业学分学时分布情况表（见附表二） 十、专业实践教学环节一览表（见附表三） 十一、辅修、双专业、双学位教学进程计划表（参考附表四）附表一：物理学专业课程设置及教学计划 1包含政治理论社会实践活动2个学分。
《核物理和粒子物理导论》课程教学大纲 一、课程基本信息 1、课程代码：PH337 2、课程名称（中文）：核物理与粒子物理导论 课程名称（英文）：An Introduction to Nuclear and Particle Physics 3、学时/学分：48/3 4、先修课程：基础力学、电磁学、高等数学、数学物理方法、原子物理学 5、面向对象：物理系三年级或同等基础各专业学生 6、开课院（系）、教研室：物理与天文系粒子与核物理研究所 7、教材、教学参考书： 教材： 低能及中高能原子核物理学，程檀生钟毓澍编著，北京大学出版社，1997。参考书： a.Das and T. Ferbel, Introduction to Nuclear and Particle Physics (2nd Edition), (World Scientific, New Jersey, 2003) b.Particle Physics, by Nai-Sen Zhang (Science Press, 1986) (《粒子物理学》，章 乃森著，科学出版社，1986) 二、课程性质和任务 本课程教学目的是使学生掌握核物理与粒子物理的基本概念，了解核物理与粒子物理的一些最新发展动向。本课程属专业选修课程，适用物理系三年级或以上各专业学生。在整个课程讲解之中，强调基本的物理概念，并将随时插入目前国际上相关领域的研究进展和前沿问题，以使学生通过本课程的学习，对核物理与粒子物理相关的研究领域现状有一个了解。 三、教学内容和基本要求 第一章：概述 1）物质的结构层次 2）核物理与粒子物理的发展简史 3）自然单位 第二章：原子核的基本性质 1）综述
129 习 题 6-1．利用核素质量，计算的β 谱的最大能量。 He H 3 231→m E 6-2．既可产生衰变，也可产生K 俘获，已知的最大能量为1.89 MeV ，试求K 俘获过程放出的中微子的能量。 V 4723β+β+E v 6-3．样品中含RaE 4.00 mg ，实验测得半衰期为5.01d ，放出β 粒子的平均能量为0.337 MeV ，试求样品的能量辐射率W 。 6-4．设在标准状态下的2.57 cm 3的氚气样品中，发现每小时放出0.80 J 的热，已知氚的半衰期为12.33 a ，试求：衰变率D ；()β 粒子的平均能量()a b E β；()c E β与β 谱的最大能量之比m E E β/。 m E 6-5．的衰变能＝0.87 MeV ，试求的反冲能。 Li Be 73K 7 4 →d E Li 73R E 6-6．32P 的β 粒子最大能量＝1.71 MeV ，计算放出β 粒子时原子核的最大反冲能和发射中微子时核的最大反冲能。 m E E Re v E R 6-7．放射源有：(两组电子，其最大能量和分支比为0.69 MeV ，16%和1.36 MeV ，16％，后者为相应至基态之衰变；(两组电子，其最大能量和分支比为0.92 MeV ，25％和1.53 MeV ，2.8％，后者为相应至基态之衰变；(两组单能中微子：1.93 MeV ，38％和2.54 MeV ，2.2％。试作出的衰变纲图，并求该放射源所放出的γ 射线的能量。（已知Ge 的K 电子结合能为≈0.01 MeV 。） As 7433)a β?Se 7434)b β+Ge 7432)c As 7433 6-8．计算24Na 的衰变的β 粒子最大能量，为什么在实验中没有观察到达这组能量的β 粒子？ β?m E 6-10．对于，查表得，并已知子核的能级特性为0Ca Sc 4220s 68.04221 + →β3.3m 10),(=E Z f + 。试求log 值，并以此判断母核的能级特性。 fT 12/ 6-11．由磁谱仪测得32P 的β 谱的实验数据如下：强度正比于单位H ρ间隔的电子数。 B ρ×103 / T ?m 强 度 (相对单位) B ρ×103 / T ?m 强 度 (相对单位) 0.5 14 4.0 91 1.0 27 4.5 82 1.5 42 5.0 68
1-4 在离水面高h 米的岸上，有人用绳子拉船靠岸，船在离岸S 处，如题1-4图所示．当人以0v (m ·1-s )的速率收绳时，试求船运动的速度和加速度的大小． 图1-4 解： 设人到船之间绳的长度为l ，此时绳与水面成θ角，由图可知 2 22s h l += 将上式对时间t 求导，得 t s s t l l d d 2d d 2= 题1-4图 根据速度的定义，并注意到l ,s 是随t 减少的， ∴ t s v v t l v d d ,d d 0-==-=船绳 即 θ cos d d d d 00v v s l t l s l t s v ==-=-=船 或 s v s h s lv v 02/1220)(+==船 将船v 再对t 求导，即得船的加速度 1-6 已知一质点作直线运动，其加速度为 a ＝4+3t 2s m -?，开始运动时，x ＝5 m ， v
=0，求该质点在t ＝10s 时的速度和位置． 解：∵ t t v a 34d d +== 分离变量，得 t t v d )34(d += 积分，得 122 34c t t v ++= 由题知，0=t ,00=v ,∴01=c 故 22 34t t v += 又因为 22 34d d t t t x v +== 分离变量， t t t x d )2 34(d 2+= 积分得 2322 12c t t x ++= 由题知 0=t ,50=x ,∴52=c 故 52 1232++=t t x 所以s 10=t 时 m 7055102 1102s m 190102310432101 210=+?+?=?=?+?=-x v 1-10 以初速度0v ＝201s m -?抛出一小球，抛出方向与水平面成幔 60°的夹角， 求：(1)球轨道最高点的曲率半径1R ；(2)落地处的曲率半径2R ．
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
《核与粒子物理导论》期终复习要点(2005，12) 第二章，相对论运动学 正确运用洛仑兹变换解决实验室系和动量中心系相对论性粒子碰撞运动学的变换关系：1，多粒子系统的不变质量；2，粒子反应过程的阈能；3，运用能动量守恒解决碰撞末态粒子在两个特定参考系中能量、动量之间的关系；4，。完成并搞懂本章指定的习题 第三章，核与粒子的基本特性 3－1，理解不稳定粒子的总能量用(Е0－iГ/2)表示的物理含义。长寿命粒子（例如Ф介子）和短寿命粒子（例如J粒子）衰变末态粒子的不变质量谱的形状有什么区别？ 3－2，原子光谱的精细和超精细劈裂的物理机理？它们劈裂的间隔的量级各约为多大？ 3－3，原子核的自旋与原子光谱的超精细劈裂有那些关系？ 3－4，如何通过核磁共振的方法来测量原子核的磁矩，原子的磁矩和原子核磁矩分别用什么标准磁子来表示？它们之间的大小有什么差别? 3－5,原子核的电四极矩与原子核的形状有什么联系？ 3－6，实验测量中子电偶极矩的装置和原理，为甚么到现在人们还对粒子电偶极矩的测量有极大的兴趣。对其测量有何重要的物理意义？ 3－7，完成并搞懂本章指定的习题 第四章，核与粒子的非点结构 4－1，粒子分为哪三大类，说明它们在结构、相互作用和自旋方面各有什么特征？举出每类粒子的基本成员。 4－2画出量子场论中描述类点粒子相互作用的基本图示，写出相互作用传播子因子的基本形式。说明图示的物理意义和传播子因子中各参数的物理意义。说明亚原子的三种相互作用过程的截面或者衰变几率的差别以及这种差别的内在的物理原因。 4－3，核结构的形状因子的定义，实验上如何测量形状因子？什么是弹性散射？探测核与粒子的电磁形状因子的最佳探针是什么？ 4－4，类空散射过程的四动量传递平方的定义，微分截面的定义，弹性散射对极角的依赖关系? 4－5，质子和中子的磁矩的实验值是多大（用核磁子表示）其g－因子分别取什么值？它给人们关于核子结构的什么启示？ 4－6，电子与原子核的弹性散射为人们提供原子核电荷分布的哪些重要信息（电荷密度分布、电荷分布的方均根半径。。。） 4－7，高能电子与核子的弹性散射和深度非弹性散射的区别？前者给出核子电磁分布的哪些重要信息？后者给出核子结构的哪些重要信息？ 4－8，叙述检验电子等带电轻子为类点粒子的实验；在目前实验精度范围内电子的线度小于多少米？ 4－9，完成并搞懂本章指定的习题 第五章，守恒定律及其应用 5－1，叙述系统的能量守恒、动量守恒和角动量守恒分别与系统在哪些变换下的不变性相联系？写出它们的对称么正变换U的形式。 5－2，说明一个自旋为3/2的亚原子系统在引入外磁场B的前后系统在空间转动变换下的对称性有何差别？ 5－3，同位旋守恒量子数是怎样引入的，它是那类粒子的守恒量子数？同一同位旋多重态的成员必须具有什么必要的条件？ 5－4，将你所知道的介子和重子按同位旋多重态组合。
第二章 粒子束与物质相互作用和粒子的探测 前一章描述粒子束，其中有光子束、电子束，μ子束和各种介子束。还有质子，α粒子和各种被加速的重离子束。人们利用各种粒子束做为研究亚原子的探针，它们和亚原子粒子碰撞，形成末态的各种粒子携带着亚原子内部结构以及亚原子之间相互作用的信息。为了记录和辨认这些末态粒子，了解它们的行为，必须借助于各种各样的粒子探测器。各种探测器的原理是基于对粒子与物质相互作用产生的各种物理或化学效应的观测。例如带电粒子在感光胶片引起的电离效应，进而导致胶片的“感光”。借助于胶片Becquerel 首先发现了神秘的放射性。随后各种各样的乳胶片成为亚原子物理实验中的一种重要的探测器。带电粒子使验电器箔电极附近空气电离导致验电器的充电。M.Curie 借助于象限静电计发现了比铀具有更强放射性的钋和镭。本章首先介绍各种粒子束与物质相互作用，在这基础上介绍一些重要的粒子探测器和探测器谱仪。 §2.1 粒子与物质相互作用 2.1.1 带电粒子的比电离损失 电荷为ze ，质量为M 的粒子以速度V 通过介质),(A Z (分别为介质原子的原子序数和质量数)。粒子与介质中的电子(每克物质含的电子数为A ZN avo )发生库仑碰撞，并将部分动能传递给核外电子，介质原子被电离或者激发。入射的带电粒子损失部分能量。 1． 重带电粒子(质量比电子质量大得多的带电粒子)的比电离损失 用经典方法或者量子力学方法可以求得，重带电粒子穿过厚度为dx 的介质层，与介质原子电子的碰撞所丢失的能量可以用Bethe-Bloch 公式来描述： ????????????????=?22ln 21122max 22222δβγββI T c m A Z kz dx dE e (2.1) )/(/2cm g MeV dx dE ?称为带电粒子的比电离损失(粒子在单位质量厚度的介质中损失的能量)其前面的负号表示粒子的能量不断减小。224c m r N k e e avo π=，是由普适常数阿佛加德罗常数avo N ，电子的经典半径e r ，电子的质量e m 组成，其数值 )(30705.02cm mol MeV k ??=；V c β=是入射带电粒子的相对论速度，
作业 1-1填空题 (1) 一质点，以1-?s m π的匀速率作半径为 5m 的圆周运动，则该质点在5s 内，位移的 大小是 ；经过的路程 是 。 [答案： 10m ； 5πm] (2) 一质点沿x 方向运动，其加速度随时 间的变化关系为a=3+2t (SI)，如果初始时 刻质点的速度v 0为5m ·s -1，则当t 为3s 时，质点的速度v= 。 [答案： 23m ·s -1 ] 1-2选择题 (1) 一质点作直线运动，某时刻的瞬 时速度s m v /2=，瞬时加速度2/2s m a -=， 则一秒钟后质点的速度 (A)等于零 (B)等于-2m/s (C)等于2m/s (D)不能确 定。 [答案：D] (2) 一质点沿半径为R 的圆周作匀速率运
动，每t 秒转一圈，在2t 时间间隔中，其平均速度大小和平均速率大小分别为 (A)t R t R ππ2,2 (B) t R π2,0 (C) 0,0 (D) 0,2t R π [答案：B] (3)一运动质点在某瞬时位于矢径) ,(y x r 的端点处，其速度大小为 (A)dt dr (B)dt r d (C)dt r d || (D) 22)()(dt dy dt dx + [答案：D] 1-4 下面几个质点运动学方程，哪个是匀变速直线运动？ （1）x=4t-3；（2）x=-4t 3+3t 2+6； （3）x=-2t 2+8t+4；（4）x=2/t 2-4/t 。 给出这个匀变速直线运动在t=3s 时 的速度和加速度，并说明该时刻运动是 加速的还是减速的。（x 单位为m ，t 单
位为s ） 解：匀变速直线运动即加速度为不等 于零的常数时的运动。加速度又是位移 对时间的两阶导数。于是可得（3）为匀 变速直线运动。 其速度和加速度表达式分别为 22484dx v t dt d x a dt ==-+==- t=3s 时的速度和加速度分别为v =- 4m/s ，a =-4m/s 2。因加速度为正所以是加 速的。 1-7 一质点在xOy 平面上运动，运动方程为 x =3t +5, y =2 1t 2+3t -4. 式中t 以 s 计，x ,y 以m 计．(1)以时间t 为 变量，写出质点位置矢量的表示式；(2)求出t =1 s 时刻和t ＝2s 时刻的位置矢量， 计算这1秒内质点的位移；(3)计算t ＝0 s 时刻到t ＝4s 时刻内的平均速度；(4)求出 质点速度矢量表示式，计算t ＝4 s 时质点