大学物理课件：第十八章

第十八章原子核和基本粒子简介一、习题选解18-1如果核半径按公式3115102.1AR确定（式中A为质量数），试估计核物质密度以及在核物质的单位体积内的核子数。解：核物质密度33115273)102.1(14.3341066.134AARAu17315271030.2)102.1(14.3341066.1kg·m3其中u=1.66×10-27㎏为原子质量单位单位体积内核子数44271701038.11066.11030.2uN个/m318-2已知23290Th的原子质量为232.03821u，计算其原子核的平均结合能。解：23290Th由90个质子和142个中子组成，平均结合能为2221(90142232.03821)232pnmcmcuc2)03821.23214290(2321cummnp=7.615MeV18-36MeV的射线使23592U发生光致裂变，产生9636Kr，14256Ba及三个中子，求此反应总的最终动能。其中UM=235.043915u,KrM=89.91972u，BaM=141.91635u，nM=1.008665u解：由题意+23592U=9036Kr+14256Ba+3n+kEkE=22223cmcMcMcMEnBaKrU23cmMMMEnBaKrU=175.4MeV18-4若两个氘(21H)核聚合成一个粒子，会释放出多少能量？其中HM=2.014102uHeM=4.002603u解：2222cMcMEHeH=23.80MeV18-5某放射性元素的半衰期为20天，问：（1）衰变掉原有原子数的3/4所需的时间有多长？（2）剩下原有原子数的1/8，所需的时间多长？（3）此元素的衰变常数和平均寿命各是多少？解：由核衰变定律teNN0其中，0N为0t时的原子核数目，N为经过t时后存留的数目，为衰变常数。半衰期693.02lnT（1）衰变掉原有原子数的3/4，即还剩1/4teNN4104022ln2Tt天（2）teNN8106038lnTt天（3）衰变常数0347.020693.02lnT/天平均寿命9.280347.011天18-6（1）产生一电子偶的最小能量是多少？（2）质子和反质子湮没时产生四个具有同样能量的0介子，试求每个0介子的动能。eM=5.48597410u144968.00Mu解：（1）产生一个电子偶素的能量为022.1511.0222cmeMeV（2）0介子动能为)42(41220cMcmEpk=334.18MeV18-7目前实验上所发现的各种粒子之间有几种相互作用？各有什么基本性质？为什么在粒子物理中不考虑万有引力作用？解：基本粒子间的相互作用可以分为四类：万有引力作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用。四种相互作用的强度和作用程大致如下。强电弱万有引力相对强度110-210-1210-40作用程（m）10-15长10-17长从作用强度比较，可以看出引力作用强度远小于其它作用力，在粒子物理中一般不考虑万有引力作用的影响。18-8按照标准模型，基本粒子共有多少?它们在哪几种基本相互作用中出现？解：标准模型理论是一个具有SU(3)×U(2)×U(1)定域对称性的量子规范场论。理论中的基元是:三代六种轻子evevv以及六种相应的反轻子。三代、三套、18种夸克RRduGGduBBduRRscGGscBBscRRbtGGbtBBbt和18种相应的反夸克三类传递基本相互作用的粒子传递电磁相互作用W+W-Zo传递弱相互作用胶子8种传递强相互作用这样标准模型的基本组元由12种轻子，36种夸克和12种基本相互作用的粒子，共是60种。