物理：原子核的组成.pdf

原子核的组成 一 质子的发现一 质子的发现 卢瑟福观察原子核破裂的装置卢瑟福观察原子核破裂的装置 原子量始终是氢原子量的整数倍 原子量始终是氢原子量的整数倍 1919191919191919年 卢瑟福用年 卢瑟福用 粒子作为高速粒子作为高速 炮弹炮弹 来来 轰击氮原子核 首先实现了原子核的人工破裂 轰击氮原子核 首先实现了原子核的人工破裂 D D D D S S S S 原子核的结构原子核的结构 HONHe 1 1 17 8 14 7 4 2 用用 粒子轰击氮原子核 能释放氢核 用硼 粒子轰击氮原子核 能释放氢核 用硼 氟 钠 铝 磷等做实验 也能打出氢核 氟 钠 铝 磷等做实验 也能打出氢核 氢核定义为氢核定义为 质子质子 每个原子核都由氢核构成 每个原子核都由氢核构成 卢瑟福得出结论 卢瑟福得出结论 二 中子的发现二 中子的发现 1 1 卢瑟福的预言 卢瑟福的预言 2 2 2 2 渣哥威克从实验中找到中子 获渣哥威克从实验中找到中子 获19351935年诺贝年诺贝 尔物理学奖尔物理学奖 1930193019301930年 德国物理学家玻特和贝克发现利年 德国物理学家玻特和贝克发现利 用用 粒子轰击铍元素时 产生了一种穿透力极强粒子轰击铍元素时 产生了一种穿透力极强 而且不受电场或磁场影响的射线 而且不受电场或磁场影响的射线 1932193219321932年 伊莲娜和年 伊莲娜和约里奥约里奥 居里发现 这些居里发现 这些 新射线能将运动速度极快的氢核从石蜡中释放出新射线能将运动速度极快的氢核从石蜡中释放出 来 断言这种射线是来 断言这种射线是 射线 射线 德国著名生物学家巴斯德渣哥所说 德国著名生物学家巴斯德渣哥所说 在观察的领在观察的领 域里 机遇只偏爱那些有准备的头脑 域里 机遇只偏爱那些有准备的头脑 中子的发现中子的发现 nCHeBe 1 0 12 6 4 2 9 4 质子 原子原子 原子核原子核 电子电子 质子质子 中子中子 4 4 4 4 原子核 原子核 3 3 3 3 发现中子的意义 不仅揭示了原子核的组成 发现中子的意义 不仅揭示了原子核的组成 而且为原子核物理的研究提供了有力的武器而且为原子核物理的研究提供了有力的武器 1932193219321932年 前苏联伊万年科与德国物理学家年 前苏联伊万年科与德国物理学家 海森伯提出原子核由质子和中子组成的理论 海森伯提出原子核由质子和中子组成的理论 核子核子 质子质子 中子中子 Kgum p 27 10672648 10072774 1 Kgumn 27 10674954 10086650 1 Kgu 27 106605402 1 u原子质量单位原子质量单位 原子核的符号原子核的符号 N A Z X X X X X 元素的化学符号元素的化学符号 Z Z Z Z 质子数 原子序数 质子数 原子序数 N N N N 中子数中子数 NZA 核子数 质量数 核子数 质量数 5 5 5 5 举例 举例 同位素同位素 氢核 氢核 0 1 1 H 氘核氘核 1 2 1 H 1 2 1 D 氚核氚核 2 3 1 H 2 3 1 T 核素 具有确定的核素 具有确定的Z Z Z Z和和N N N N的原子核对应的原子的原子核对应的原子 原子核的尺寸 原子核的尺寸 mfm 15 10 1 问题 问题 原子核内是同种电荷原子核内是同种电荷 2 1 r f 斥 原子核内新型的力 核力原子核内新型的力 核力 核力是把质子和中子纠合在一起 构成一个核力是把质子和中子纠合在一起 构成一个 个稳定的原子核个稳定的原子核 也包括不稳定的原子核也包括不稳定的原子核 的强的强 大的束缚力 大的束缚力 核力出现于质子 质子 中子 中子 质子 核力出现于质子 质子 中子 中子 质子 中子之间 强度相等 中子之间 强度相等 二 一种新的相互作用力 核力二 一种新的相互作用力 核力 1 1 1 1 核子与核子之间的相互作用力 核子与核子之间的相互作用力 1938193819381938年 德 国年 德 国 物理学家奥托物理学家奥托 哈恩哈恩 发现核裂变发现核裂变 开创 开创 了人类利用原子能了人类利用原子能 的新纪元 的新纪元 美籍意大利裔物理美籍意大利裔物理 学家恩里科学家恩里科 费米的费米的 链链 式反应式反应 理论使原子核裂理论使原子核裂 变反应成为现实 变反应成为现实 1942194219421942年年12121212月月2 2 2 2 日 在芝加哥大学日 在芝加哥大学 的体育场的看台的体育场的看台 下 世界上第一座下 世界上第一座 用碳作减速剂的核用碳作减速剂的核 反应堆竣工落成 反应堆竣工落成 人类进入了原子能人类进入了原子能 时代 时代 五 核子结构五 核子结构 夸克夸克 层子模型 层子模型 1960196019601960年前后 盖尔曼提出了一个对当时已知亚年前后 盖尔曼提出了一个对当时已知亚 原子粒子分类的方法 根据这个方案推测 质子 原子粒子分类的方法 根据这个方案推测 质子 中子等一些粒子可能由一种新的粒子组成 盖尔中子等一些粒子可能由一种新的粒子组成 盖尔 曼给它取名夸克 曼给它取名夸克 1967196719671967年 有人在研究质子和中年 有人在研究质子和中 子的实验中发现质子和中子的内部有子的实验中发现质子和中子的内部有3 3 3 3个小小的结个小小的结 实的核心 又经过大家实的核心 又经过大家6 6 6 6年的实验与研究 逐步明年的实验与研究 逐步明 确这确这3 3 3 3个点状物就是盖尔曼的夸克 个点状物就是盖尔曼的夸克 20202020世纪世纪70707070年代后 理论和实验的研究结果均表明应年代后 理论和实验的研究结果均表明应 该存在该存在6 6 6 6种夸克 上夸克 种夸克 上夸克 u u u u 下夸克 下夸克 d d d d 奇异夸 奇异夸 克 克 s s s s 粲夸克 粲夸克 c c c c 底夸克 底夸克 b b b b 顶夸克 顶夸克 t t t t 夸克禁闭夸克禁闭 夸克都夸克都3 3 3 3个一组个一组 囚禁囚禁 在强子中 没有在强子中 没有 探测到自由的夸克 探测到自由的夸克 夸克味道 夸克味道 上上夸克夸克 u 3 2 e 奇异夸克奇异夸克s 3 1 e 底夸克底夸克b 3 1 e 下夸克下夸克d 3 1 e 粲夸克粲夸克 c 3 2 e 顶夸克顶夸克t 3 1 e 6 6种夸克 被物理学家风趣地称为种夸克 被物理学家风趣地称为6 6种种 味道味道 u u u u夸克带有夸克带有2 32 32 32 3的正电子电量 的正电子电量 d d d d夸克带有夸克带有1 31 31 31 3的电子电量 的电子电量 质子由质子由2 2 2 2个个u u u u夸克夸克 和和1 1 1 1 个个d d d d夸克组成 夸克组成 中子由中子由1 1 1 1个个u u u u夸克和夸克和2 2 2 2 个个d d d d夸克组成 夸克组成 夸克带有分数电荷夸克带有分数电荷 但是 有的重子含有的但是 有的重子含有的3 3个夸克中有同味夸个夸克中有同味夸 克 这与泡利不相容原理相矛盾 于是 物理克 这与泡利不相容原理相矛盾 于是 物理 学家又引入一个新的量子数学家又引入一个新的量子数 色色 每一味夸克分为红 绿 蓝三种 每个重子都每一味夸克分为红 绿 蓝三种 每个重子都 是无色的 是是无色的 是3 3色夸克的组合 注意 这里的色夸克的组合 注意 这里的 色是借用宏观概念表示量子数 与真的颜色无色是借用宏观概念表示量子数 与真的颜色无 关 关 6 6 6 6味夸克 每味味夸克 每味3 3 3 3色 共色 共18181818种 加上各自的反种 加上各自的反 夸克 共夸克 共36363636种夸克 种夸克 夸克模型 这个起源于大渣哥和小渣哥