2020年高中物理竞赛辅导课件(原子物理基础篇)07原子核物理：原子核结构模型.ppt

1、2020高中物理学竞赛辅 导 课 件原子物理基础篇（含真题练习）物理竞赛教研组 编制7.3原子核结构模型原子核结构模型一、液滴模型将原子核比作一个密度极大的、不可压缩的核液滴，而将核子比作液滴中的分子。1实验依据（1）核力是饱和力，即原子核中的每个核子只与其邻近 地几个核子有相互作用。（2）原子核的密度几乎是一个常数，故原子核具有不可 压缩性。2原子核结合能的半经验公式BPBABCBSBVBEEEEEE7.4 原子核放射衰变原子核放射衰变一、一、放射性衰变规律放射性衰变规律（一）、放射性的发现（一）、放射性的发现 1896年，法国物理学家贝克勒尔发现：铀矿物能自发地发射穿透力很强并能使照相底版

2、感光的不可见射线。1898年，居里夫妇又发现了钋和镭，并发现它们也能自发地放射出射线。放射性衰变：核素自发地放射出某种射线而变成另一种核素、或同激发态过渡到基态的现象。凡能发生放射性衰变的核素叫放射性核素。HeThU422349023892放射性物质放出的射线主要有三种：1射线：即氦原子核，贯穿本领很小，电离作用很强。He422射线：是电子流，有较大的贯穿本领和较小的电离作用，其贯穿本领大约是射线的100倍。3射线：是光子流，即波长很短的电磁波，在电磁波谱上排在x射线之后，有最大的贯穿本领和最小的电离作用。放射性现象的研究是获悉原子核内部状况的重要途径之一放射性现象的研究是获悉原子核内部状况的

3、重要途径之一（二）、放射性衰变的基本规律（二）、放射性衰变的基本规律放射性衰变要遵守：电荷守恒、质量数守恒、质量和能量守恒、动量守恒。1指数衰变规律NdtdN NdtdNdtNdNNNtdtNdN00tNN0lnteNN0NdtdN/代表一个原子核在单位时间内发生衰变的几率，称为衰变常数 2半衰期放射性物质的原子核的数目衰变到原来数目的一半时所经过的时间叫半衰期。21T210021TeNN212lnT693.02ln21T13平均寿命一个原子核在衰变前存在的时间叫做它的寿命。所有原子核寿命的平均值称为平均寿命。0000011dtetNNNtdtNt01dttet212144.12ln1TT当

4、时 t01037.0NeNN各个原子核的寿命不同，但平均寿命却具有确定的值。放射性核素的和，它们是每个核素的特征量，不同的核素差别很大。我们可以根据测量的判断它属于哪种核素21T例1：已知的衰变常数为，试求它的半衰期和平均寿命。Rn222861610097.2s825.33304722ln21sT52.54768721s（三）、放射性活度teNN0tteAeNNdtdNA00/00NA表明放射性活度随时间的衰变仍服从指数衰变规律。单位：国际单位制中，放射性活度的单位为“贝克勒尔”，记作“Bq”，1Bq=1次衰变/秒1居里(Ci)=次衰变/秒=Bq10107.310107.3放射源所含放射性物质

5、的原子核数：2ln21ATAN放射源所含放射性物质的质量：2ln)(21AANMATNNMm二、二、衰变衰变原子核自发地放射出粒子而发生的衰变HeYX4242AZAZ（一）、衰变条件和衰变能、衰变能：原子核在衰变过程中释放的能量，用Q表示 2)(cmmmQYX2)(cMMMHeyX、衰变条件 0QHeyXMMM、衰变能的释放形式 YEEQ例：判断是否发生衰变。uC6429HeCoC426027u6429uM9298.63CuuM9338.59CouM0026.4He9298.639364.630026.49338.59（二）、（二）、能谱和原子核能级能谱和原子核能级HeTlBi42208812

6、1283测得粒子的动能有六种，此外有能量不同五种射线。粒子能谱具有分立特性原子核具有分立的能量状态。三、三、衰变衰变（一）、衰变能谱与中微子微设（一）、衰变能谱与中微子微设 1衰变能谱(1)粒子能量连续分布(2)具有确定的最大值，且 mEQEm(3)曲线有一极大值，此处mEE311粒子能谱引发的困境：第一，粒子能谱是连续的，而原子核具有分立能级。第二，能量不守恒？QEe第三，角动量不守恒？2中微子假设 1930年，泡利提出了中微子假设，成功地解释了上述矛盾，并被以后的实验所证实泡利认为：当放射性物质发生衰变时，除了放出粒子外，还要放出一个中性粒子，其静止质量几乎为0，故称为中微子。中微子分为两

7、种：中微子和反中微子，它们的质量完全相同，都不带电荷，但自旋方向不同。YeEEEQ由于三者之间的分配是任意的，所以粒子的能量是连续的，形成了连续谱。假设中微子的自旋和电子一样为，则衰变前后的角动量守恒。21由于，衰变能主要在电子和中微子之间分配，当时，其余情况下，YeMm EEEEEQeYe0EeEQ QEe1956年，从实验上发现了中微子。（二）、（二）、衰变的三种类型及衰变条件衰变的三种类型及衰变条件 衰变时核电荷数改变而核子数不变的衰变衰变时核电荷数改变而核子数不变的衰变 1衰变：YX011eAZAZ能量守恒：QcmcmcmeYX222Q22)()(cMMcmmmYXeYX衰变条件：0，

8、即QYXMM2衰变：eAZAZ011YX3K俘获：原子核俘获一个核外轨道上的电子而转变为另一个原子核的过程。YX101AZAZe能量守恒：QcmWcmcmYieX222发射X标识谱 产生俄歇电子 22)2()(cmMMcmmmQeYXeYX四、四、衰变衰变（三）、衰变的机制（三）、衰变的机制费米认为：衰变的本质在于衰变时在原子核中受束缚的一个中子转变为质子或一个质子转变为中子，而对轨道俘获来说，其本质就是俘获轨道电子而转变为中子：粒核子的不同状态之间跃迁的产物，事先并不存在于核内。衰变是电子-中微子场与原子核的相互作用-弱相互作用。原子核通过发射光子从激发态跃迁到较低能态的过程 XX*hEEEji五、五、放射系放射系1钍()系Th232902铀()系U238923锕()系 U235924镎()系，Pu24194六、放射性衰变规律在地质考古上的应用六、放射性衰变规律在地质考古上的应用在考古工作中，可以用来推算年代 C14U23892射线应用在医学，农业，工业谢谢观看！