1、第一节第一节 原子核的结构原子核的结构19191919年卢瑟福完成了用年卢瑟福完成了用粒子轰击氮粒子轰击氮原子核的人工核实验，实验装置示意如图。原子核的人工核实验，实验装置示意如图。：放射性物质：容器：阀门：放射性物质：容器：阀门：铝箔：荧光屏：显微镜：铝箔：荧光屏：显微镜实验步骤及结果：实验步骤及结果：.适当选择铝箔的厚度，使荧光屏恰好不出适当选择铝箔的厚度，使荧光屏恰好不出现闪光现闪光2 2.然后充入氮气然后充入氮气3 3.充入氮气后，荧光屏出现了闪光充入氮气后，荧光屏出现了闪光氮气氮气 从实验结果可知，充入氮气后产生从实验结果可知，充入氮气后产生了穿透能力比了穿透能力比粒子更强的粒子更强
2、的新的粒子新的粒子，这种，这种粒子可以穿透铝箔，打在荧光屏上，出现了粒子可以穿透铝箔，打在荧光屏上，出现了闪光。闪光。后来，将这种粒子引入电场、磁场测定后来，将这种粒子引入电场、磁场测定它的电量和质量，确定了它就是氢原子核，它的电量和质量，确定了它就是氢原子核，又称为又称为质子质子。物理学中用符号。物理学中用符号 或表示或表示质子。质子。上述实验中的质子从何而来？卢瑟福设上述实验中的质子从何而来？卢瑟福设想实验中出现的质子是想实验中出现的质子是粒子击中氮原子核，粒子击中氮原子核，发生核反应产生的。发生核反应产生的。P11H11布拉凯特实验证实发生了核反应布拉凯特实验证实发生了核反应在云室中可以
3、观察粒子的径迹。在云室中可以观察粒子的径迹。英国的物理学家英国的物理学家布拉凯特布拉凯特在云在云室中做了室中做了粒子轰击氮核的实粒子轰击氮核的实验，拍摄了两万多张云室照片，验，拍摄了两万多张云室照片，终于从万条终于从万条粒子径迹的粒子径迹的照片中，发现有八条产生了分照片中，发现有八条产生了分叉。叉。分析径迹的情况可以确定，分分析径迹的情况可以确定，分叉后的细长径迹是质子的径迹，叉后的细长径迹是质子的径迹，短而粗的径迹是产生的新核的短而粗的径迹是产生的新核的径迹，碰撞后径迹，碰撞后粒子的径迹不粒子的径迹不再出现。再出现。上述实验以及后来用上述实验以及后来用粒子轰击氟、钠、粒子轰击氟、钠、铝等元素
4、的原子核都发生了类似的反应，铝等元素的原子核都发生了类似的反应，并且都产生了质子。并且都产生了质子。这些实验表明，由于从不同元素的原子核这些实验表明，由于从不同元素的原子核中都能打出质子来，因此中都能打出质子来，因此质子质子应该是原子应该是原子核的核的组成部分组成部分。原子核只由质子组成吗？原子核只由质子组成吗？质量数质量数电荷数电荷数钙钙汞汞想一想想一想由于原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，由于原子核的质量大体上是质子质量的整数倍，如果原子核只由质子组成，则原子核的质量数应该与如果原子核只由质子组成，则原子核的质量数应该与质子数相等，因而也与原子核的核电荷数相等。但任质子数相等，因而也与
5、原子核的核电荷数相等。但任意考察两种元素（下表），就知它们的核质量数与核意考察两种元素（下表），就知它们的核质量数与核电荷数不等。电荷数不等。原子核只由质子组成的设想能够成立吗？原子核只由质子组成的设想能够成立吗？原子核原子核示意图示意图在上一世纪的二十年代，卢瑟福依在上一世纪的二十年代，卢瑟福依据原子核的电荷数与质量数的差别，据原子核的电荷数与质量数的差别，预预见见到原子核中应该存在质量与质子相等到原子核中应该存在质量与质子相等的、不带电的粒子，卢瑟福称其为的、不带电的粒子，卢瑟福称其为中子中子。直到上一世纪的三十年代，另一个直到上一世纪的三十年代，另一个人工核反应，即用放射性元素钋发出的人
6、工核反应，即用放射性元素钋发出的射线轰击铍，证实了中子的存在。射线轰击铍，证实了中子的存在。1930年，德国科学家玻特和贝克用年，德国科学家玻特和贝克用粒子粒子轰击轻元素铍核，发现并未发射出质子，轰击轻元素铍核，发现并未发射出质子，而放出了一种新的射线这种射线几乎不而放出了一种新的射线这种射线几乎不能使气体电离，在电场和磁场中也不发生能使气体电离，在电场和磁场中也不发生偏转，是不带电的，射线的贯穿能力强，偏转，是不带电的，射线的贯穿能力强，他们认为这是他们认为这是射线经检测，射线的能射线经检测，射线的能量在量在10eV左右，远大于天然放射物质衰左右，远大于天然放射物质衰变时发出的变时发出的射线
7、的能量射线的能量1931年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用年，约里奥夫妇重复了玻特和贝克的实验，并用这种未知射线去轰击石蜡。这种未知射线去轰击石蜡。结果竟从中打出能量约结果竟从中打出能量约5.7 MeV的质子这是异常惊人的质子这是异常惊人的新发现，因为其行为完全不同于的新发现，因为其行为完全不同于射线，射线，射线只能射线只能打出电子而打不出质子，打出电子而打不出质子，光子的质量近乎，电子也光子的质量近乎，电子也很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但很轻，光子撞击电子，使它动起来是合乎常理的，但质子质量是电子的质子质量是电子的1800倍，一颗子弹怎么能撞动一辆倍，一颗子弹怎么能撞
8、动一辆汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是汽车呢？如果认为轰击石蜡的射线是射线，那么光子射线，那么光子的能量应达的能量应达55 MeV，这与实际测得的射线能量，这与实际测得的射线能量10 MeV相去甚远这射线在向约里奥夫妇招手呼喊：我不是相去甚远这射线在向约里奥夫妇招手呼喊：我不是射线射线！可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面！可惜的是，他们擦肩而过，无缘相识。面对对55eV与与10eV的矛盾的矛盾，他们还是十分牵强地解释为其，他们还是十分牵强地解释为其它的原因，并于它的原因，并于1932年月年月11日向巴黎科学院提交了日向巴黎科学院提交了实验情况和对未知射线判定为实验情况和对未知射线判定为射线的
9、结论。射线的结论。1932年月底，查得威克得到这一论文，年月底，查得威克得到这一论文，约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约约里奥夫妇的实验使他心跳，他认为约里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守里奥夫妇的结论肯定有误，违反能量守恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福恒啊！他敏感到这很可能是导师卢瑟福预言、自己苦苦寻找了预言、自己苦苦寻找了12年的中子。他年的中子。他决定用云室的方法探测射线的速度和质决定用云室的方法探测射线的速度和质量。量。他先测出射线的速度不到光速的十分之他先测出射线的速度不到光速的十分之一，排除了是一，排除了是射线的可能，又用弹性射线的可能，又用弹性碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的
10、碰撞动量守恒的方法测出不带电粒子的质量与质子质量差不多。他还根据自旋质量与质子质量差不多。他还根据自旋确定不带电的粒子不可能是由质子和电确定不带电的粒子不可能是由质子和电子组合而成，只能是另一种新的独立粒子组合而成，只能是另一种新的独立粒子，他称之为中子。就这样，仅用了十子，他称之为中子。就这样，仅用了十天时间，成功地证实了这种中性射线就天时间，成功地证实了这种中性射线就是中子流。他当之无愧地成为是中子流。他当之无愧地成为“中子之中子之父父”，并因此获，并因此获1935年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。nCHeBe101264294“机遇只偏爱有准备的头脑机遇只偏爱有准备的头脑”中子的发现，有重
11、大的意义，中子不带电，用它去轰中子的发现，有重大的意义，中子不带电，用它去轰击原子核，不受库仑力的影响，是研究原子核的强有击原子核，不受库仑力的影响，是研究原子核的强有力的力的“炮弹炮弹”。在此以前，可供研究用的。在此以前，可供研究用的“炮弹炮弹”只只有天然放射元素发出的有天然放射元素发出的、三种射线，中子流则三种射线，中子流则是穿透本领更大，轰击原子核更有效的是穿透本领更大，轰击原子核更有效的“炮弹炮弹”，人，人们用它轰击各种原子核，获得许许多多人工放射性同们用它轰击各种原子核，获得许许多多人工放射性同位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。位素，用它轰开铀核，实现了原子能的利用。二、中子的
12、发现二、中子的发现钋钋o o铍铍石蜡石蜡不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子质子质子质子质子质子质子粒子粒子粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？粒子轰击铍产生的不可见粒子是什么？钋钋铍铍石蜡石蜡不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子不可见粒子质子质子质子质子质子质子对实验结果的猜想和思考对实验结果的猜想和思考钋钋铍铍石蜡石蜡不可见粒不可见粒子子不可见粒不可见粒子子不可见粒不可见粒子子质子质子质子质子质子质子查德威克对实查德威克对实验结果的分析验结果的分析查德威克用碰撞中的动量守查德威克用碰撞中的动量守恒和能量守恒分析得到不可见粒恒和能量守恒分析得到不可见粒子是
13、质量与质子几乎相等的、不子是质量与质子几乎相等的、不带电的粒子，它正是卢瑟福预见带电的粒子，它正是卢瑟福预见的的中子中子。中子的质量数与质子的。中子的质量数与质子的相等，都是相等，都是1，中子不带电，其，中子不带电，其电荷数为零。物理学中用符号电荷数为零。物理学中用符号表示中子。表示中子。射线粒子轰击铍的核反应方程射线粒子轰击铍的核反应方程是：是：n10CnHeBe126104294XAzX表示表示元素符号元素符号Z表示表示质子数质子数A表示表示质量数质量数)2(,4,242个中子即有质量数为个质子有表示氦原子核He)143(,235,9223592个中子即有质量数为个质子有表示铀原子核UXA
14、z 如质子数相同，中子数不如质子数相同，中子数不同，（质量数当然不同），同，（质量数当然不同），则互为同位素。则互为同位素。)(11氢H)(21重氢H)(31氚H原子核的组成1142235 92AZ质子质子中子中子核子核子质子数质子数核外电荷数核外电荷数原子序数原子序数质量数质量数核子数核子数中子中子+质子质子同位素12原子核的组成原子核的组成氢原子核氢原子核(H)H)最简单，它就是一个质子，最简单，它就是一个质子，核外有一个电子绕着它转；核外有一个电子绕着它转；氦原子核氦原子核(He)He)是由是由2 2个质子和个质子和2 2个中子组个中子组成的，核外有成的，核外有2 2个电子绕着它转；个电
15、子绕着它转；锂原子核锂原子核(Li)Li)是由是由3 3个质子和个质子和4 4个中子组个中子组成的，核外有成的，核外有3 3个电子分两层绕着它转；个电子分两层绕着它转；铍原子核铍原子核(Be)Be)由由4 4个质子和个质子和5 5个中子组成，个中子组成，核外有核外有4 4个电子分两层绕着它转；个电子分两层绕着它转；原子核的组成原子核的组成各种原子核内质子的个数（核的电荷数）各种原子核内质子的个数（核的电荷数）和核外电子的个数都相同，它也等于该和核外电子的个数都相同，它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数；种元素在元素周期表中的原子序数；原子核内质子和中子的总数叫做核的质原子核内质子和中子的总
16、数叫做核的质量数，它等于该元素原子量的整数部分量数，它等于该元素原子量的整数部分.在某种核反应中，一个中子变成一个电在某种核反应中，一个中子变成一个电子和一个质子子和一个质子.这就是原子核内没有电子，这就是原子核内没有电子，又会放出电子，产生又会放出电子，产生射线的原因射线的原因.氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，氘和氚是氢的同位素，关于氢、氘、氚的原子，下列说法哪个正确？下列说法哪个正确？（1）具有相同的质子数、相同的中子数、相同）具有相同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；的电子数；（2）具有不同的质子数、相同的中子数、相同）具有不同的质子数、相同的中子数、相同的电子数；的电子数
17、；（3）具有相同的质子数、不同的中子数、相同）具有相同的质子数、不同的中子数、相同的电子数；的电子数；（4）具有相同的质子数、相同的中子数、不同）具有相同的质子数、相同的中子数、不同的电子数的电子数原子核的组成原子核的组成质子和中子统称为质子和中子统称为原子核原子核原子核的电荷数原子核的电荷数=质子数质子数原子核的质量数原子核的质量数=质子数质子数+中子数中子数具有具有相同的质子数相同的质子数和和不同的中子数不同的中子数的原子互称的原子互称如如:H11H21H31(氕氕)(氘氘)(氚氚)质子质子H11中子中子n10从放射性元素的原子核中释放出来的从放射性元素的原子核中释放出来的射线就是射线就是两个质子两个质子和和两个中子两个中子结合在一起放出的结合在一起放出的小结小结.原子核由质原子核由质子和中子（统称为核子和中子（统称为核子）组成子）组成HOHeN1117842147nCHeBe101264294.原子核的人工原子核的人工转变（用人工的办法转变（用人工的办法使原子核发生转变）使原子核发生转变）.粒子轰击氮的粒子轰击氮的核实验（发现质子的核核实验（发现质子的核反应）反应）.粒子轰击铍的核实粒子轰击铍的核实验（发现中子的核反应）验（发现中子的核反应）
