个比结合能较 大的核。 / A 1MeV 原子弹：重核裂变
氢弹：氢核聚变 例：D和T聚合成氦核，同时放出一个中子，求 结合能
B [M ( D) M (T ) M ( He) mn ]
0.98794uC 17.6MeV
2
17.6MeV /A 3.5MeV A
（4）核力具有饱和性，结合能 任何物体在松散时的质量比在结合（集团）时的 质量要大。任何物体在松散时的静止能量比在结 合（集团）时的静止能量要大。
结合能：独立的核子结合在一起时所释放的能量 结合能近似地与核子数A成正比，每个核子的平均 结合能（比结合能）是个常数，与A无关。即原子 核不能无限制地压缩。反映核力具有饱和性质。 同时反映原子核的质量密度是个常数。
20世纪70年代后，理论和实验的研究结果均表明应 该存在6种夸克，上夸克（u）、下夸克（d）、奇异夸 克（s）、粲夸克（c）、底夸克（b）、顶夸克（t）。
• 6种夸克，被物理学家风趣地称为6种“味道” 夸克味道： 上夸克
2 u ( e) 3
1 d ( 3 e)
奇异夸克
s
1 ( e) 3
底夸克 b
电离能
核能比原子结合能大很多
2、核能来源：从结合能小的原子核到结合能 大的原子核，有能量释放。 核能来源于原子核结合能变化所释放的能量
（1）比结合能：每个核子的结合能
B A
原子核的平均结合能曲线(P.176) （2）核能的来源 1）重核裂变:一个重核（ ＝7.5MeV ）裂变成
两个中等核（ ＝ .5MeV ） 8 235 144 89 n U Ba Kr 3n 173.6MeV
原子的大小和重量
原子的直径10-10m。
把1000万个碳原子一个接一个 排成行，其长度只有1厘米。 50万个原子只能排满头发丝的 距离。
全世界50亿人一起来数一滴水 中包含原子的数目，假定每人 数一个原子的时间一秒钟，50 亿人一起数完一滴水中全部原 子所需的时间为30000年。
原子的重量只有10-23克。一杯水的重量 与其中的一个原子的重量相比，约等于地球 的重量与其上的一小块砖头的重量之比。
原子量始终是氢原子量的整数倍。
1919年，卢瑟福用粒子作为高速“炮弹” 来轰击氮原子核，首先实现了原子核的人工破裂。
D
S
卢瑟福观察原子核破裂的装置
4 2
He N O H
14 7 17 8 1 1
用粒子轰击氮原子核，能释放氢核，用硼、 氟、钠、铝、磷等做实验，也能打出氢核。
卢瑟福得出结论：
4 ) 3
2 1014 g / cm 3
1cm3的体积内约有 2 10 3亿千克 三、核能来源 1、原子核的结合能及其计算 结合能：当所有核子（质子和中子）由于相互吸 引而聚集在一起时，将有能量放出，此放出的能 量称结合能。
所有的从松散（粒子）粒子状态聚集到一起都有 能量放出。集团状态能量最低，最稳定；反之， 将集团打碎，需要能量。
美籍意大利裔物理 学家恩里科· 费米的“链 式反应”理论使原子核 裂变反应成为现实。
1942 年 12 月 2 日，在芝加哥大学 的体育场的看台下， 世界上第一座用碳 作减速剂的核反应 堆竣工落成。人类 进入了原子能时代。
五、核子结构 夸克：层子模型
1960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、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。1967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3个小小 的结实的核心，又经过大家6年的实验与研究，逐 步明确这3个点状物就是盖尔曼的夸克。
原子由原子核和电子组成。
原子核还能分割吗？――放射现象的发现
1896年，法国物理化学家贝克勒尔在铀矿石 中发现了放射现象，此后，居里夫妇又发现了其 他放射性元素：钍、钋、镭。 放射性元素发出的射线 包含三种射线：
射线――带两个正电荷的氦核 射线――高速运动的电子流 射线――高能光子流
§5-4 原子核的结构 一、质子的发现
聚变获得的能量比裂变获得的能量大很多，故氢 弹的威力比原子弹大很多。 核反应的公式可按如下
2 1
D T He n 17.6 MeV
3 1 4 2
阅读： §9-3 裂变反应堆 P305-P316
§9-4 可控的热核聚变反应
P316-P323
1938 年 ， 德 国 物理学家奥托· 哈恩 发现核裂变 ，开创 了人类利用原子能 的新纪元。
结合能的计算公式（根据
E mC ）：
2
2
B(Z , A) [Zmp Nmn m(Z , A)]C
B ：核子在形成原子核前后静能之差。
忽略电子的质量，即忽略电子的结合能：
B( Z , A) [ ZM H Nmn M ( Z , A)]C
M H ：氢原子的质量
2
M ( Z , A)：原子的质量
核素：具有确定的Z和N的原子核对应的原子
问题：
原子核的尺寸： 1 fm ~ 10 15 m 原子核内是同种电荷
1 f斥 2 r
原子核内新型的力：核力
二、一种新的相互作用力－－核力 1、核子与核子之间的相互作用力 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(也包括不稳定的原子核)的强 大的束缚力。
2、原子核的质量密度 1 原子核的半径R与原子数A的近似关系 R r0 A 3 质量密度：
r0 1.2 fm
M A 核子质量 A 核子质量 核子质量 4 3 4 3 4 3 V R r0 A r0 3 3 3

1.67 10 27 (1.2 10
15 3
德国著名生物学家巴斯德所说：“在观察的领域 里，机遇只偏爱那些有准备的头脑。”
3、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 1932年，前苏联伊凡宁柯与海森伯提出原 子核由质子和中子组成的理论。
4、原子核
原子
原子核 电子
质子 中子
核子
质子 m p 1.0072774u 1.672648 10 Kg 中子 mn 1.0086650u 1.674954 10 Kg
27
27
u 原子质量单位 u 1.6605402 10 27 Kg
A 原子核的符号 Z X N
X：元素的化学符号 Z：质子数（原子序数） N：中子数
A Z N 核子数（质量数）
5、举例(同位素)
氢核： 氘核 氚核
2 1
1 1
H0
2 1
H 1（
3 1
） D1
3 1
H 2（
T） 2
例：氘核是热核反应的主要原料，计算其结合能
B [ M H mn M ( D)]C 2
[1.007825u 1.008665u 2.014102u]C
0.002388uC 2 2.224 MeV
1uC 931.5 MeV
2
2
（一个电子）＋（一个质子）＝氢原子
B 13.6eV
核力出现于质子～质子、中子～中子、质子～ 中子之间，强度相等。
特点（1）核力是强相互作用力，且主要为吸引力
f N f e 大约为两个数量级
（2）核力是一种短程力
r 0.8 fm 表现为引力 r 0.8 fm 表现为斥力
原子核不能无限地压缩
r 10 fm, f N 0
(3)核力是与粒子的带电状态完全无关的强大 的吸引力。
1 ( e) 3
下夸克
粲夸克
2 c ( e) 3
1 顶夸克 t ( e) 3
夸克禁闭——夸克都3个一组“囚禁”在强子中，没 有探测到自由的夸克。
夸克带有分数电荷 u夸克带有2/3的正电子电量，
d夸克带有1/3的电子电量。
质子由2个u夸克 和1 个d夸克组成， 中子由1个u夸克和2 个d夸克组成。
• 但是，有的重子含有的3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 学家又引入一个新的量子数——色
•每一味夸克分为红、绿、蓝三种，每个重子都 是无色的，是3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 关）。
•6味夸克，每味3色，共18种，加上各自的反 夸克，共36种夸克。
•夸克模型，这个起源于盖尔曼和茨威格 的大胆设想，使人类对物质的结构的认 识，又进入一个新的层次。
•夸克和轻子是人类目前认识到的组 成物质结构的最小基元。人们所发现 的基本粒子、强子是由夸克组成的
六、反物质
P324 1、2
每个原子核都由氢核构成。
氢核定义为“质子”。
二、中子的发现 1、卢瑟福的预言 2、查德威克从实验中找到中子，获1935年诺贝 尔物理学奖 1930年，德国物理学家玻特和贝克发现利 用粒子轰击铍元素时，产生了一种穿透力极强 而且不受电场或磁场影响的射线。
1932年，伊莲娜和约里奥· 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 来，断言这种射线是射线。