原子核帶有正電荷-原子核中的電荷由質(zhì)子數(shù)Z決定-質(zhì)子數(shù)Z等于核外電子數(shù)-它決定了原子在周期表中的位置與

原子核帶有正電荷，原子核中的電荷由質(zhì)子數(shù)Z決定，質(zhì)子數(shù)Z等于核外電子數(shù)，它決定了原子在周期表中的位置與次序，因此Z又稱為原子序數(shù)。

原子核所帶電量是電子電量的整數(shù)倍：q=Ze

1.原子核的電荷§15-1原子核的基本性質(zhì)一、原子核的電荷和質(zhì)量原子質(zhì)量單位(u)：選碳的同位素

原子質(zhì)量的1/12為一個原子質(zhì)量單位(u)：2.原子核的質(zhì)量原子核的質(zhì)量等于原子的質(zhì)量減去核外電子的質(zhì)量。由于核外電子的質(zhì)量極小，原子核的質(zhì)量與原子的質(zhì)量相差極小。

原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子的質(zhì)量加中子的質(zhì)量。同位素原子質(zhì)量/u同位素原子質(zhì)量/u幾種同位素的原子質(zhì)量

原子核通常用質(zhì)量數(shù)(A)和電荷數(shù)(Z)來表示.若某化學(xué)元素符號用X來表示，則該原子核表示為：

由表可見，以“原子質(zhì)量單位”(u)計(jì)算原子的質(zhì)量時，原子質(zhì)量都接近于一個整數(shù)，這個整數(shù)稱為原子核的質(zhì)量數(shù)，或稱核子數(shù)，以A表示。同位素：Z相同而A不同的原子核稱為同位素。同位素有穩(wěn)定同位素和放射性同位素之分。核素：Z和A都相同的原子核稱為某種核素。放射性同位素：自發(fā)地衰變?yōu)槠渌?，同時放出一高能粒子。根據(jù)上式可以算得半徑分別為核的和2.原子核的形狀以上我們假定原子核是球體。原子核是一個電荷系統(tǒng)，若原子核是球體，它所帶的電荷是均勻分布的。事實(shí)上，用精密光譜儀分析發(fā)現(xiàn)原子光譜中有來源于原子核電四極矩的超精細(xì)結(jié)構(gòu)，說明原子核的電荷分布大多應(yīng)為旋轉(zhuǎn)橢球體，而核物質(zhì)分布與電荷分布類似。一般橢球的長軸與短軸之比不超過5/4，與球體偏離不大，所以可把這些原子近似地看作球體。但有些原子核本身就是球體，如。下圖畫出了

和

兩個原子核的形狀尺寸示意圖。3.2fm6.8fm8.9fm和核的形狀0.10.2024678核子密度/核物質(zhì)的分布曲線例題15-1計(jì)算原子核物質(zhì)密度。解:

設(shè)原子核的質(zhì)量、半徑和密度分別為m、R和(b)原子核密度數(shù)值是極其巨大的，與“中子星”的密度相當(dāng)。像一個乒乓球那么大的核物質(zhì)，其重量約為20億噸。由上式可知：(a)各種原子核應(yīng)有相同的核物質(zhì)密度。

質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子，原子核由Z個質(zhì)子和個中子構(gòu)成。三、原子核的組成1.原子核的組成之一：質(zhì)子1919年盧瑟福曾用

粒子轟擊氮核，結(jié)果產(chǎn)生一個氧核和一個氫核。這說明氮核中確定存在有氫核。于是斷定氫核是構(gòu)成其他原子核的帶電的基本粒子，并定名為質(zhì)子，用符號p表示。質(zhì)子的質(zhì)量為

氫原子核有最小的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)，而其他原子核的電荷恰好是氫核電荷的整數(shù)倍。那么，各種原子核是否由氫原子核組成？2.原子核的組成之二：中子

從A>Z可見，一個

的原子核并非僅包含Z個質(zhì)子。1930年玻特和貝克用

粒子轟擊鈹核時，發(fā)現(xiàn)有一種不帶電的粒子射線放出來。這粒子后來命名為中子。中子是一種構(gòu)成其他原子核的不帶電的另一個基本粒子，用符號n表示，其質(zhì)量與質(zhì)子相近。

后來宇宙中還發(fā)現(xiàn)了大量由中子聚合而成的中子星。

中子在原子核中是構(gòu)成核的穩(wěn)定粒子，但在核外并不穩(wěn)定，一個核外的自由中子的平均壽命約為15分鐘，它將衰變?yōu)橐粋€質(zhì)子、一個電子和一個反中微子（

），因此自由中子是有放射性的。

原子核由Z個質(zhì)子和

個中子構(gòu)成。是一種什么力使質(zhì)子與質(zhì)子，質(zhì)子與中子，中子與中子緊緊地束縛在一起？是電磁力？不是！質(zhì)子帶正電，在

的線度范圍內(nèi)，斥力是很大的。中子又不帶電。不可能是電性力使質(zhì)子與中子聚集成原子核；是萬有引力？更不是！萬有引力太小，它僅是電磁力的

。研究發(fā)現(xiàn)，是一種叫作核力的強(qiáng)相互作用力。四、核力和介子4.核力與核子是否帶電無關(guān)。在質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間、中子與中子間，核力的大小和特性都大致相同。3.核力具有“飽和”作用，即一個核子只能和它緊鄰的核子有核力相互作用，而不能與核內(nèi)較遠(yuǎn)的核子有核力相互作用。2.核力是短程力。只有核子間的距離為幾個

fm(約2fm)之內(nèi)，核力才顯示出來。1.核力比電磁力強(qiáng)100多倍，是強(qiáng)相互作用力。核力的性質(zhì)

核子間的相互作用是一個核子放出一個

介子，然后被另一個核子吸收而形成的，所以核力是一種交換力。介子有三種荷電狀態(tài)：帶正電(

)、

中性(

)、帶負(fù)電(

)

核力的

介子理論1935年日本物理學(xué)家湯川秀樹受到庫侖力的作用是由電荷交換光子而產(chǎn)生的啟發(fā)，提出了核力的

介子，并于1947年得到證實(shí)（質(zhì)量是電子的270倍）。湯川秀樹因此獲得1949年的諾貝爾物理學(xué)獎。

(a)質(zhì)子與質(zhì)子間交換

介子:質(zhì)子放出

介子，同時被另一質(zhì)子吸收，每一核子的電荷不變；

(b)中子與中子間交換

介子：中子放出

介

子，同時被另一中子吸收，每一核子的電荷不變；核子交換

介子有以下幾種形式：(c)質(zhì)子與中子間交換

介子：質(zhì)子放出一個介子被中子吸收，同時質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子，中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子；(d)中子與質(zhì)子間交換

介子：中子放出一個介子被質(zhì)子吸收，同時中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子，質(zhì)子轉(zhuǎn)化為中子。質(zhì)子與質(zhì)子間和中子與中子間的相互作用示意圖nnnnppppnnpp中子與質(zhì)子間的相互作用ppnn1.核的自旋角動量

質(zhì)子和中子的自旋量子數(shù)都是1/2，因此都服從費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)規(guī)律，其自旋角動量為五、核子和核的自旋與磁矩核的自旋角動量也是2.核子的磁矩質(zhì)子的磁矩：中子的磁矩：其中，是核磁矩的單位，稱為核磁子。原子核的自旋量子數(shù)和磁矩磁矩自旋量子數(shù)核磁矩自旋量子數(shù)

核六、核磁共振

由于每個原子核都有自旋和磁矩，當(dāng)有恒定外磁場B作用時，原子核在磁場中產(chǎn)生旋進(jìn)。如果此時在穩(wěn)恒磁場的垂直方向再加一交變磁場，交變磁場的頻率在射頻范圍。當(dāng)交變磁場的頻率與原子的旋進(jìn)率相等時，產(chǎn)生共振吸收；當(dāng)射頻交變磁場撤去后，磁矩又把這部分能量以輻射的形式釋放出來，產(chǎn)生共振發(fā)射。這一共振吸收和共振發(fā)射過程就稱為核磁共振。

核磁矩在磁場

中受到作用，具有能量

，而該能量是量子化的:氫核在外磁場中的能級Bμpμ

pE2E1

用射頻電磁波照射，核磁矩吸收的能量等于射頻輻射電磁波(其頻率為

)的能量:

核磁共振首先用于精確測量核磁矩，1945年布洛克和泊塞爾分別用核磁共振方法測量了核磁矩，他們因此共同獲得1952年諾貝爾物理學(xué)獎。乙醇（C