原子核物理-第五章
南华大学 核原子物理 第五章
由虚线知：A≥150时，Ed ＞0，而且Ed 随A的增加而增大。这就解释了为什么主要 是重核才观察到α 放射性。 由实线看到，在A = 145和213附近出现 了两个峰值；同时曲线与Ed = 0线的交点在 A = 140附近。这表明，对于A≥140的核都 有可能产生α 衰变。
5.2 α 衰变的实验规律
可见，衰变能等于整个系统衰变前后静止能 量的变化量。也等于衰变前后结合能的改变量。 由于α 衰变是一个自发过程，其必要条件是 Ed ＞ 0 。
5.2 α 衰变的实验规律
根据式（5.2-4）和结合能半经验公式（2.9-4）， 可以求得衰变能Ed 的表达式。
假定结合能B随Z，A连续变化，则可以将 （BY－BX）近似地表示为Z，A的微分，即
BY − B X ≈ ∆B = ∂B ∂B ∆Z + ∆A ∂Z ∂A
则
Ed ≈ ∆B + Bα ∂B ∂B ≈ ∆Z + ∆A + Bα ∂Z ∂A
式中△Z = －2，△A = －4，Bα = 28.3MeV。
5.2 α 衰变的实验规律
将结合能的半经验公式代入，其中对能在α 衰变时变化不大，可视为常数，故有： 8 Z Z 2Z 2 −1 / 3 Ed = Bα − 4av + a s A − aa (1 − ) + 4ac 1/ 3 (1 − ) A 3 3A A 将各系数值代入，得
辽宁阜新市高中物理选修三第五章《原子核》经典练习题(含答案)
一、选择题1．下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的有（ ）A ．原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B ．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C ．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D ．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大2．一个中子与一个质子发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q 1，两个氘核发生核反应生成一个氦核，氘核聚变反应方程是22311120H H He n +→+。
该反应放出的能量为Q 2，聚变反应中生成氦核的比结合能（ ）A ．123Q Q +B ．12 3Q Q -C ．122 3Q Q +D ．212 3Q Q + 3．下列说法正确的是A ．原子的核式结构模型是汤姆孙最早提出的B ．铀核（23892 U ）衰变为铅核（20882 Pb ）的过程中，要经过8次α衰变和6次β衰变C ．一个氢原子从量子数n ＝3的激发态跃迁到基态时最多可辐射3种不同频率的光子D ．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，可能是因为这束光的强度太小 4．质子和中子质量分别为m 1和m 2，当它们结合成氘核时，产生能量E ，并以γ射线的形式放出．已知普朗克常数为h ，真空中的光速为c ，则氘核的质量和γ射线的频率的表达式分别为（ ）A ．122(),E E m m c h -+ B ．122(),E E m m c h +- C ．122(),E h m m c E ++ D ．122(),E E m m c h++ 5．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(10n)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 ∆=-- 6．钍23490Th 具有放射性，它能放出一个新的粒子而变为镤23491Pa ，同时伴随γ射线产生，其方程为2342349091Th Pa x →+，钍的半衰期为24天，则下列说法中正确的是（ ）A ．此反应为钍核裂变，释放大量的核能，方程中的x 代表质子B ．x 是钍核中的一个中子转化成一个质子时产生的C ．γ射线是镤原子核外电子跃迁放出的高速粒子D ．1g 钍23490Th 经过120天后还剩0.2g 钍7．关于天然放射线性质的说法正确的是（ ）A ．γ射线就是中子流B ．α射线有较强的穿透性C ．电离本领最强的是γ射线D ．β射线是高速电子流8．目前，在居室装修中经常用到花岗岩、大理石等装饰材料，这些岩石都不同程度地含有放射性元素．下列有关放射性知识的说法中，正确的是A ．β射线与γ射线一样是电磁波，但穿透本领远比γ射线弱B ．放射性元素发生β衰变时所释放的电子是原子核内的中子转化为质子时产生的C ．氡的半衰期为3.8天，若有4个氡原子核，则经3.8天后就一定只剩下2个氡原子核D ．23892U 衰变成20682P b 要经过4次β衰变和8次α衰变9．23892U 变成20682Pb 要经过m 次衰变、n 次衰变，中子数减少的个数为q ，则（ ）A ．m=8，n=6，q=32B ．m=6，n=8，q=32C ．m=8，n=6，q=22D ．m=6，n=8，q=2210．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示，那么碳14的衰变方程为A ．14014615C eB →+ B ．14410624C He B e →+C ．14214615C H B →+D ．140146-17C e N →+11．放射性元素A 经过2次α衰变和1次β 衰变后生成一新元素B ，则元素B 在元素周期表中的位置较元素A 的位置向前移动了A ．1位B ．2位C ．3位D ．4位12．某放射性元素X 的原子核发生了β衰变，产生了新的元素Y 原子核，同时放出γ光子，下列判断正确的是（ ）A ．Y 比X 原子序数小B ．Y 原子核比X 原子核核子平均质量小C ．X 原子核放出β射线，表明X 原子核内有β粒子D ．γ光子来自X 原子核13．下列关于原子和原子核的说法正确的是（ ）A ．β衰变现象说明电子是原子核的组成部分B ．玻尔理论的假设之一是原子能量的量子化C ．放射性元素的半衰期随温度的升高而变短D ．平均结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固14．关于原子核，下列说法正确的是（ ）A ．原子核能发生β衰变说明原子核内存在电子B ．核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度C ．轻核的聚变反应可以在任何温度下进行D ．一切核反应都只释放核能15．“人造太阳”实验中的可控热核反应的聚变方程是23411120H H He n +→+，反应原料氘（21H ）富存于海水中，氚（31H ）可以用中子轰击锂核（63Li ）得到，则关于中子轰击锂核（63Li ）产生一个氚核（31H ）和一个新核，下列说法正确的是（ ）A ．该核反应方程为61230421Li n He H +→+B ．核反应生成物中的α粒子具有很强的电离本领，但穿透能力较弱C ．在中子轰击锂核（63Li ）的核反应生成物中有α粒子，故该核反应属于α衰变D ．核聚变的条件是要达到高温高压的热核反应状态，故核聚变过程不能释放出核能 二、填空题16．天然放射性元素铀可以放出三种射线，其中能被一张纸挡住的是______（选填“α”“β”或“γ”）射线。
原子物理第五章
南京航空航天大学
原子物理
磁场中的原子
§6.1、原子的磁矩 电子轨道运动的磁矩
z
iS n
i
e e l l gl l 2me 2me
南京航空航天大学
其中：gl=1 为轨道磁矩 g 因子。
原子物理
磁矩大小:
e l gl l 2me
e gl l (l 1) l (l 1) B 2me
二、单电子原子的总磁矩
总磁矩
南京航空航天大学
原子物理
与j并不正好反向
南京航空航天大学
原子物理
j
l
→
→
s
s
l
s
j
l
南京航空航天大学
原子物理
写成：
e j g j j 2m
南京航空航天大学
原子物理
磁矩大小:
j g j j ( j 1) B
K K
LI LII LIII
2S 1/2
K2
K1
2S 1/2 2P 1/2
2P 3/2
原子的x射线发射谱是线状谱，其频率由原子结构的特 点所决定，所以又叫原子的标识谱。
南京航空航天大学
原子物理
n=5 n=4 n=3 n=2 低能级失去一个电子，高能 级的电子跃迁到低能级放出 电磁波形成了X射线。 n=1
玻尔磁子
he 23 2 B 0.92740 10 A m 4 m
e z z ml B 2m
磁矩空间取向量子化
南京航空航天大学
原子物理
原子物理学 课后答案
目录第一章原子的位形 (2)第二章原子的量子态：波尔模型 (8)第三章量子力学导论 (12)第四章原子的精细结构：电子的自旋....................... 错误！未定义书签。
第五章多电子原理：泡利原理 (23)第六章X射线 (28)第七章原子核物理概论.......................................... 错误！未定义书签。
1.本课程各章的重点难点重点:α粒子散射实验公式推导、原子能量级、氢原子的玻尔理论、原子的空间取向量子化、物质的波粒二象性、不确定原则、波函数及其物理意义和薛定谔方程、电子自旋轨道的相互作用、两个价电子的原子组态、能级分裂、泡利原理、电子组态的原子态的确定等。
难点：原子能级、电子组态、不确定原则、薛定谔方程、能级分裂、电子组态的原子态及基态的确定等。
2.本课程和其他课程的联系本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设，同时又是理论物理课程中量子力学部分的前导课程，拟在第三学年第一学期开出。
3.本课程的基本要求及特点第一章原子的位形：卢瑟福模型了解原子的质量和大小、原子核式模型的提出；掌握粒子散射公式及其推导，理解α粒子散射实验对认识原子结构的作用；理解原子核式模型的实验验证及其物理意义。
第二章原子的量子态：玻尔模型掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式；理解玻尔原子模型的基本假设、经典轨道、量子化条件、能量公式、主量子数、氢能级图；掌握用玻尔理论来解释氢原子及其光谱规律；了解伏兰克---赫兹实验的实验事实并掌握实验如何验证原子能级的量子化；理解索菲末量子化条件；了解碱金属光谱规律。
第三章量子力学导论掌握波粒二象性、德布罗意波的假设、波函数的统计诠释、不确定关系等概念、原理和关系式；理解定态薛定谔方程和氢原子薛定谔方程的解及n,l,m 三个量子数的意义及其重要性。
第四章 原子的精细结构：电子的自旋理解原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的 确定；了解史特恩—盖拉赫实验的实验事实并掌握实验如何验证角动量取向的量子化；理解碱金属原子光谱的精细结构；掌握电子自旋与轨道运动的相互作用；了解外磁场对原子的作用，理解史特恩—盖拉赫实验的结果、塞曼效应。
原子物理第五章
Be(4)、Mg(12)、Ca(20)、Sr(38)、 Ba(56)、Ra(88)、Zn(30)、Cd(48)、Hg(80)
原子实+2个价电子。
由此可见，能级和光谱的形成都是二个价电子各种相互作用引起的.
1）偶性态和奇性态 在量子力学中，微观粒子的状态由波函数 描述。
壹
肆
叁
贰
2) Laporte定则
1
用这种方法进行判定，在实际操作中是很麻烦的，因为的计算 比较困难．
2
不过我们知道，形成光谱的跃迁只发生在价电子上，跃迁前后内层电子的 值并不改变。因此判定跃迁能否发生只要看价电子的 值加起来是否满足（1）式即可。
01
光谱：
02
单线
03
多线
04
四个线系均由单 谱线构成
05
主、锐 线系由三条谱线构成 漫、基线系由六条 谱线构成
06
早先人们以为有两种氦，把具有复杂结构的氦称为正氦，而产生单线光谱的称为仲氦。
氦原子的光谱由两套谱线构成，一套是单层的，另一套是三层，这两套能级之间没有相互跃迁，它们各自内部的跃迁便产生了两套独立的光谱。
G1(s1,s2), G2(l1,l2), G3(l1,s1), G4(l2,s2), G5(l1,s2), G6(s2,l1)
通常，G5,G6比较弱，可以忽略。
根据原子的矢量模型， 合成 ， 合成 ；最后 与 合成 ，所以称其为 耦合。 耦合通常记为:
第二节 两个电子的耦合
第一节 氦的光谱和能级
第三节 泡利原理
第四节 元素周期表
产品年终工作总结
原子核物理智慧树知到答案章节测试2023年东华理工大学
第一章测试1.具有相同质子数Z和中子数N的一类原子，称为一种核素。
A:对B:错答案:B2.质子数相同，中子数不同的核素，为同位素。
A:错B:对答案:B3.同位旋是认为原子核的质子态和中子态是处于不同电荷状态的相同的粒子，处于正的电荷态的是质子处于负的电荷状态的是中子。
为了描述核子的质子态和中子态而引入的算符。
A:错B:对答案:B4.实验测得某元素的特征Kα线的能量为7.88 keV，则该元素的原子序数Z为（）。
A:28B:30C:29D:27答案:C5.已知12C的第一激发态的同位旋量子数T=1，它与下列哪两个核的什么态组成同位旋三重态？A:16OB:7LiC:12BeD:12N答案:AD第二章测试1.比结合能——原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量。
用于表示原子核结合松紧程度。
A:错B:对答案:B2.放射性原子核数衰减到原来数目的一半所需要的时间是半衰期。
A:错B:对答案:B3.质量亏损是组成某一原子核的核外电子质量与该原子核质量之差。
A:错B:对答案:A4.经测定一出土古尸的14C的相对含量为现代人的80%，该古人的死亡年代为（）。
A:公元1.55年B:公元155年C:公元1550年D:公元15.5年答案:B5.已知人体的碳含量为18.25%，问体重为63 kg的人体相当于活度为多少贝可勒尔和多少微居里的放射源（）。
A:2.65Bq,0.072μCiB:2.65Bq,0.72μCiC:26.5Bq,0.072μCiD:265Bq,0.72μCi答案:A第三章测试1.短射程α粒子是指母核的激发态到子核的基态放出的α粒子。
A:错B:对答案:A2.长射程α粒子是指母核的基态发射到子核的激发态的α粒子。
A:对B:错答案:B3.一块质量为0.5 kg的核燃料纯239Pu，试计算这块核燃料存放时由于衰变放出的功率为（）。
A:0.96WB:960WC:96WD:9.6W答案:A4.利用核素质量，则226Ra的衰变能和粒子的动能分别为（）。
新教材 人教版高中物理选择性必修第三册 第五章 原子核 知识点考点重点难点提炼汇总
第五章原子核1．原子核的组成............................................................................................................ - 1 -2. 放射性元素的衰变..................................................................................................... - 6 -3. 核力与结合能........................................................................................................... - 13 -4. 核裂变与核聚变....................................................................................................... - 19 -5. “基本”粒子 ................................................................................................................ - 19 -章末复习提高................................................................................................................ - 29 -1．原子核的组成一、天然放射现象及三种射线1．天然放射现象(1)1896年，法国物理学家贝克勒尔发现某些物质具有放射性。
(2)①放射性：物质发射射线的性质。
天津津英中学高中物理选修三第五章《原子核》(含答案解析)
一、选择题1．下列有关原子、原子核的说法中正确的是（ ） A ．天然放射现象说明原子核内部有电子B ．卢瑟福用α粒子散射实验证明了原子核内存在中子C ．平均结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核越稳定D ．放射性元素的半衰期与外界压强和温度有关，与原子的化学状态无关2．一个静止的放射性原子核处于垂直纸面向里的匀强磁场中，由于发生了衰变而形成了如图所示的两个圆形径迹，两圆半径之比为1∶16，则以下说法正确的是（ ）A ．该原子核发生了α衰变B ．反冲核沿小圆做逆时针方向运动C ．原静止的原子核的原子序数为17D ．沿大圆和沿小圆运动的粒子的周期相同 3．以下说法正确的是（ ）A ．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的B ．23290Th 成为原子核20882Pb ，要经过8次α衰变和6次β衰变C ．α、β、γ三种射线中，γ射线的穿透能力和电离能力都最强D ．2812Mg 半衰期为21小时，则10个2812Mg 原子核，经过21小时后还有5个未衰变4．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为238234492902U Th+He .下列说法正确的是（ ）A ．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B ．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C ．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D ．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量 5．下列说法正确的是（ ）A ．某种频率的光照射金属能发生光电效应，若增加入射光的强度，则单位时间内发射的光电子数增加B ．在核反应堆中，镉棒的作用是使快中子变为慢中子C ．结合能越大，原子核越稳定D ．入射光的频率不同，同一金属的逸出功也会不同 6．下列说法中正确的是（ ） A ．结合能越大的原子核越稳定B ．某放射性元素经12天有78的原子核发生了衰变，该元素的半衰期为4天 C ．氢原子从较低能级跃迁到较高能级时，电势能减小 D ．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的7．在匀强磁场里有一个原来静止的放射性碳14，它所放射的粒子与反冲核X 的径迹是两个相切的圆．圆的直径比为7∶1，碳14的衰变方程是( )A ．14410624C He X →+B ．14115606C e X -→+C ．14014617C e X -→+ D ．14212615C H X →+8．下列说法不．正确的是( ) A ．α射线是高速运动的氦原子核B ．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子和电子时所产生的C ．方程式258254492902U Th He →+是重核裂变反应方程D ．23290Th 经过6次α衰变和4次β衰变后成为20882Pb9．麻省理工学院要建人类史上第一个可控核聚变发电站．该发电站的核反应方程可能是A ．23411120H H He n +→+B ．238234492902U Th He →+C ．2351891441920365603U n Kr Ba n +→++D ．1441717281N He O H +→+10．在匀强磁场中有一个原来静止的碳14原子核，它放射出的粒子与反冲核的径迹是两个内切的圆，两圆的直径之比为7：1，如图所示，那么碳14的衰变方程为A ．14014615C e B →+ B ．14410624C He B e →+ C ．14214615C H B →+D ．140146-17C e N →+11．2020年11月27日0时41分，华龙一号核电5号机组首次并网成功，标志着我国正式进入核电技术先进国家行列。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原子核物理 第五章 射线与物质相互 作用
华南理工大学电力学院
前言
• 射线和物质相互作用是核物理和高能物理实验、核辐 射探测器以及核技术应用的基础知识 • 射线泛指核衰变，核反应和核裂变所放出的粒子，也 包括由加速器产生，或来自宇宙线的多种粒子，包括 α、β、γ、X射线，中子，裂变碎片和重离子 • 物质是指宏观意义上的物质，包括固体、液体和气 体，可以是单质或化合物 • 从微观上讨论各种射线在穿透物质时运动学上的变化 及能量在物质中的吸收过程；同时也要涉及射线引起 物质的变化
内容
• 重带电粒子与物质的相互作用 • β射线与物质的相互作用 • γ射线与物质的相互作用
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 带电粒子穿过靶物质时可与其原子核和核外电 子发生库伦作用或核反应，前者截面约为1016b，后者截面约为10-26b，故往往只考虑库伦 作用 • 带电粒子与核外电子的非弹性碰撞使得核外电 子改变其在原子中的能量状态，当核外电子获 得的能量不足以挣脱原子束缚成为自由电子 时，核外电子由低能态跃迁至高能态，这就是 阻止介质原子被带电粒子激发的过程 • 受激原子是不稳定的，将通过发射γ射线退激
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 当核外电子受激能量高于电离能时，受 激原子被电离，产生一个自由电子和一 个失去自由电子的原子（正离子） • 最外层电子束缚最松故被电离的概率最 大，当内层电子被电离后留下的空穴将 由外层电子填充，并发射特征γ射线或 俄歇电子（类似EC）
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 电离过程产生的自由电子通常能量较低，但有时也具 有较高能量（δ电子），可以在阻止介质中继续使其 它原子电离 • 带电粒子也会与核外电子发生弹性碰撞，但此时传给 靶物质原子的能量通常低于最低激发能，可以忽略 • 带电粒子在靶物质中由于与核外电子的非弹性碰撞使 原子发生激发或电离而损失自己的能量称电离损失， 从靶物质对入射带电粒子作用来讲又称为电子阻止 • 只要不是能量低的重带电粒子（重于α粒子），电离 损失或电子阻止是这些粒子穿过靶物质时能量损失的 主要方式
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 设带电粒子质量为M，电荷为ze，入射能量为E0，速 度为v入射到靶物质中，当带电粒子离开距离r时，电 子受到的库伦力为f=-ze2/r2，dt时间内电子获得的动 量为dp=fdt • 如图5.1.1电子获得的动量只存在于y方向，那么对dp 积分并根据几何关系可得py=2ze2/bv，相应带电粒子 与一个电子碰撞而损失的能量Eb=2ze4/meb2v2 • 假设单位体积内有N个靶物质原子，对于原子序数Z则 单位体积内的电子数为NZ，对图5.1.2内的电子数则 等于A=2πbdbdxNZ，能量损失为dE=-AEb
此时带电粒子能量较高，速度远大于核外 电子速度，故核外电子可作为自由电子处理
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 那么单位路程上的能量损失为
dE 4π z 2e 4 NZ bmax − = ln 2 dx me v bmin
• 又称电离能量损失率或阻止本领，单位为Mev/cm， 负号表示随路径的增加能量将减小 • 将bmax与bmin的表达式分别代入，并引入I表示平均电 离能，则电离能量损失率近似等于
dE 4π z 2e 4 NZ ⎛ 2me v 2 ⎞ ln ⎜ − = ⎟ 2 dx me v ⎝ I ⎠
通常电离损失率与入射粒子速度成反比
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 阻止本领只与入射粒子的速度有关，与其质量无关 • 阻止本领与重带电粒子的电荷数（ze）平方成正比 • 阻止本领与NZ成正比，即密度很大原子序数高的物质 具有较大的阻止本领 • 思考：1Mev的质子与2Mev的氘核的穿透能力哪个更 强？相同速度下质子与α粒子的穿透能力谁更强？ • 定义阻止截面Σ=-(dE/dx)/N，对于化合物或混合物 的阻止截面等于各组分原子阻止截面与各种权重因子 乘积后之和
5.1 重带电粒子与物质的相 互作用
• 上述推导的电离能量损失率只适用于高速领域重带电 粒子与靶物质核外电子非弹性碰撞引起的能量损失 • 带电粒子速度降低后，有利于它与靶物质核外电子的 能量传递，当速度降低至一定限值后，靶物质原子中 束缚紧的电子不再贡献于电离碰撞，而且重带电粒子 从介质中俘获电子的概率增加，减少其有效电荷，电 离碰撞能量损失也因此减少 • 在更低的速度区域，重带电粒子与靶物质原子核的弹 性碰撞将成为其损失能量的主要过程
出现极大值，然后 下降，与理论不符
最大距离成为入射粒子在靶物质中的
电子高速运动时必须根据相对论计算，当速度较低时
可见光，不具有辐射性，如
反冲电子的能量为
反冲电子夹角与散射光子夹角的关系为
当θ=0时散射光子能量最大，等于入射光子，此时反冲电子能量为零，当θ=π时散射光子能量最小
的特点
对应的整个原子的康普顿散射积分截面为
当hv/m c2~0时，微分截面趋向于汤姆逊散射截面，
电子对效应截面具有以下表达式
当γ射线与物质发生光电效应、康普顿效应或电子对效应占优势，高能γ射线中电子对效应占优势。