核物理与粒子物理专题实验课程
大学二年级物理学教案核物理与粒子物理学
大学二年级物理学教案核物理与粒子物理学大学二年级物理学教案：核物理与粒子物理学引言：本教案旨在介绍大学二年级物理学中的核物理与粒子物理学。
通过系统的教学内容和适当的教学方法，帮助学生深入了解核物理和粒子物理的基本概念、原理和应用，培养学生的实验操作能力和科学思维能力，为进一步学习和研究物理学奠定坚实的基础。
一、核物理学1. 核物理学的基本概念1.1 原子核的组成和结构1.2 放射性核素的性质1.3 核反应和核能的概念2. 放射性衰变2.1 放射性衰变的基本特征2.2 放射性衰变方程的推导2.3 放射性衰变的应用举例3. 核能的利用3.1 核裂变和核聚变的基本原理3.2 核反应堆的工作原理和应用3.3 核能在日常生活中的应用二、粒子物理学1. 粒子物理学的研究对象和意义1.1 基本粒子的分类和描述1.2 粒子物理学的实验方法1.3 粒子物理学的研究进展和挑战2. 粒子物理学中的基本相互作用2.1 强相互作用的介绍和性质2.2 弱相互作用的介绍和性质2.3 电磁相互作用的介绍和性质2.4 引力相互作用的介绍和性质3. 粒子物理学的实验技术和设备3.1 粒子探测器的基本原理和分类3.2 加速器和探测器的工作原理3.3 粒子物理学实验中的数据分析和结果解读三、教学方法与评价1. 教学方法1.1 理论讲授和实验演示相结合1.2 小组讨论和学生互动1.3 实验操作和科学论文阅读2. 教学评价2.1 考试和测验评估学生的理论知识掌握情况2.2 实验报告和实验操作评估学生的实践能力2.3 小组讨论和课堂互动评估学生的思维能力和表达能力结论：通过本教案的学习，学生将全面了解核物理与粒子物理学的基本概念、原理和应用，培养实验操作能力和科学思维能力。
在今后的学习和研究中，学生将能够更深入地理解物理学中的核物理与粒子物理学，为相关领域的发展做出贡献。
参考文献：[参考文献 1][参考文献 2][参考文献 3][参考文献 4]。
CERN ROOT-粒子物理与核物理实验中的数据分析-第二讲.
如果还有其它额外的信息，应该给出不同的先
验概率。这种贝叶斯统计的特点必定是主观的。例 如，受检者有过吸毒历史。一旦验前概率改变，贝 叶斯定理就会告诉患病的可能性。对阳性结果的诠 释就会改变。
问题：能否构造含自变量的概率？
26/09/2020
2
随机变量与概率密度函数
假设实验结果为 x (记作样本空间中元素)的概率为
cx , o y ] E [ v x ( x ) [ y ( y ) E ] [ x ] y xy
相关系数定义为
xy
covx,[y],
xy
1xy1
如果 x，y 独立，即
f(x,y)fx(x)fy(y)
则
covx,[y]0
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23
举例：样本平均值
假设实验上研究一核素衰变寿命，在探测效率为100%的情况 下，每次探测到的寿命为 ti，一共测量了 n 次，求平均寿命 （也就是寿命的期待值）。
g(a)da f(x)dx dS dS a在[a,ada]内的x空间范围
x(ada)
g(a)da
f (x)dx
x(a)
x(a)dx da
da f(x)dx
x(a)
g(a) f(x(a)) dx da
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函数的逆不唯一情况
假如 a(x) 的逆不唯一，则函数的 p.d.f. 应将 dS 中对应于 da 的所有 dx 的区间包括进来
下列各种情况给出的概率值是否是合理的：
1 ) P (A )1/3 ,P (B )1/3 ,P (C )1/3 2) P (A )0.64 ,P (B )0.38 ,P (C ) 0.02 3 ) P (A )0.35 ,P (B )0.52 ,P (C )0.26 4) P (A )0.57,P (B )0.24 ,P (C )0.19
核物理与粒子物理导论课件02放射性和核的稳定性
N1 = N1(0)e−λ1t
A1(t) = λ1N1 = λ1N1(0)e−λ1t = A1(0)e−λ1t
对于 B
dN 2 dt
= λ1N1 − λ2N2
对此微分方程求解，容易求得：
N2(t) = λ
λ1 −λ
N1(0)(e−λ1t − e−λ2t )
子体 B 的放射性活ຫໍສະໝຸດ 为A2 (t)=λ2 N 2 (t)
A Z
X→
Z
+A1Y
+
e−
,
A Z
X→Z
−A1Y
+
e+
,
A Z
X
+
e−
→Z
−A1Y
其中 e-和 e＋分别代表电子和正电子。
β − 衰变相当于原子核的一个中子变成了质子；β + 衰变和轨道电
子俘获相当于原子核的一个质子变成了中子。
处于激发态的原子核要向基态跃迁，这种跃迁称为γ 跃迁。 在γ 跃迁中通常要放出γ 射线。因此，γ 射线的自发放射一般是伴 随α或β射线产生的。
第二章 放射性和核的稳定性
§2.0 核与粒子的不稳定性
核基态的不稳定性 — 核转变（β、α） （弱作用和 库仑作用）
激发态的不稳定性 — γ衰变（电磁作用）
共振态衰变 — 粒子发射（强作用或核作 用）
§2.1 放射性衰变的基本规律
1．放射性的一般现象
原子核自发地放射各种射线的现象，称为放射性。能自发地放射 各种射线的核素称为放射性核素(radioactive nucleus)，也叫不稳定的 核素(unstable nucleus)。放射性现象是由原子核的内部变化引起的。
=
λ1λ2 λ2 − λ1
10粒子物理和核物理实验1解析
基本要求及评分标准
基本要求：
掌握核与粒子物理实验的基本概念，掌握粒子与物质 相互作用的基本规律，各种粒子被探测的基本原理。
根据实验要求，会选择粒子探测器。 确定采用的探测方法和技术，设计粒子探测系统，并
给出探测系统原理方框图。
评分标准 平时作业 30% 期末考试（闭卷）70%
参考书目和学术刊物
“小宇宙”和“大宇宙”
人类对两个极限尺度的物质世界—“小宇宙”和“大宇宙”—不断 认识的历史是人类文明发展史的重要组成部分。
作为物质结构的“小宇宙”，两千多年前就有了古希 腊哲学家德谟克里特的朴素原子论。德谟克利特等根 据有关各种自然现象的思辩性的考虑，提出了原子论 的想法试图以之来阐明宇宙见形形色色的自然现象。 他们认为：宇宙间存在一种或多种微小的实体，叫做 “原子”（现在欧洲各国文字中的“原子”都来源于 希腊文“atomos”，是“不可分割”的意思），这些原 子在虚空中运动着，并可以按照各种不同的方式互相 结合或重新分散。虽然在这种意义上的原子论远远不 是人们今天所了解的严密的科学理论，但它与现代科 学的结论比较吻合。
1590年和1609年先后出现的显微镜和望远镜使人们得以在两个 尺度方面超出了肉眼范围， 它们正是人类首先使用的可见光探 测器，它们开始使人类对“小宇宙”和大宇宙的探索逐步走上现 代实验科学的轨道。
1895年德国物理学家伦琴在无可见光条件下发现胶片感光从而 发现X射线和1896年法国物理学家贝克勒尔由钾铀硫酸盐使感 光片变黑的现象发现了β射线可以作为粒子探测器历史的开端。
粒子探测器的统计性质和实验数据处理知识将 在粒子物理和核物理实验（2）介绍
学习目的和意义
培养掌握各种粒子探测技术的专门人才。 了解掌握粒子与物质相互作用的物理过程和基
物理教学设计方案——核物理与基本粒子
课程调整
根据反馈结果调 整教学内容
学生反馈
收集学生意见和 建议
教学效果评估
设定评估指 标
制定学习目标和 评价标准
课程总结
总结教学过程和 效果
学生成绩分 析
分析学生学习成 绩情况
思考与展望
亮点
深入浅出的讲解方式 鼓励学生独立思考
不足
缺乏实践环节 师生互动不够
发展趋势
引入新的案例教学方法 增加实验课程比重
本章节旨在对核物理与基本粒子教学设计方案进 行简要回顾，强调其在学生科学素养培养中的重 要性。通过对核物理与基本粒子领域的教学内容 和重点进行总结，可以帮助学生更好地理解和掌 握相关知识，为未来学习和科研奠定基础。
展望未来
本页将探讨核物理与基本粒子教学在未来教育中 的发展方向，鼓励学生积极参与研究和探索。随 着科学技术的不断发展，核物理与基本粒子领域 也将迎来新的挑战和机遇，希望学生能够保持对 这一领域的热情和好奇心，不断追求科学的进步 与创新。
核反应方程式
书写规则
核反应方程式一般由反应 物和生成物组成，反应物 位于方程式的左侧，生成 物位于右侧。
平衡方法
平衡核反应方程式是核化 学中的重要技能，通过调 整反应物和生成物的系数 来确保反应前后原子数和 电荷数的平衡。
重要性
平衡核反应方程式有助于 理解核反应过程中原子核 的变化和能量释放，是核 物理学习的基础。
能源利用与环境保护
能源利用
核反应在能源生 产中有着重要应 用，核电站利用 核裂变反应产生 电能，是清洁高 效的能源之一。
问题分析
核能发展面临安 全隐患、核废料 处理等问题，需 要综合考虑能源 利用和环境保护
之间的平衡。
环境影响
核物理与粒子物理实验教案
核物理与粒子物理实验教案实验目的：通过核物理与粒子物理实验的教学，使学生能够了解核物理和粒子物理的基本原理和实验方法，培养实验操作的能力和科学研究精神，提高学生对物理实验的兴趣和动手能力。
实验材料：1. 放射源（如Am-241、Cs-137等）2. 聚变堆放射源（如D-D双中子源）3. 闪烁探测器4. 电子学读出系统5. 射线测量仪器（如Geiger-Muller计数器等）6. 实验x射线机7. 电磁铁8. 双螺旋线加速器等实验一：测量放射源活度的方法与技术实验原理：放射源活度是放射性核素衰变速率的指标，可以通过测量单位时间内放射源发射的粒子数来间接推算。
本实验将通过使用闪烁探测器和电子学读出系统来测量放射源的活度。
实验步骤：1. 将放射源放置于合适的装置中，如采用间接法测量，可将放射源放在适当位置让射线通过待测样品，然后再用探测器测量通过样品后的射线数目。
2. 调整闪烁探测器的高压和阈值等参数，确保探测器能够工作在最佳状态。
3. 将闪烁探测器连接至电子学读出系统，通过读出系统测量探测器输出的信号。
4. 根据测得的探测器信号和测量时间，计算放射源的活度。
实验二：粒子间相互作用实验实验原理：粒子间相互作用是核物理和粒子物理研究的重要内容。
本实验将通过使用射线测量仪器和实验x射线机来观察粒子在物质中的相互作用过程。
实验步骤：1. 设置实验x射线机的参数，如射线强度、能量等，并将射线照射到样品上。
2. 使用射线测量仪器，测量射线通过样品前后的强度差异，观察粒子在物质中的相互作用效应。
3. 根据实验结果，分析和讨论粒子在物质中的散射、吸收、衰减等现象。
实验三：粒子加速与探测实验实验原理：粒子加速和探测是粒子物理研究中的关键技术。
本实验将通过使用电磁铁和双螺旋线加速器等设备来模拟粒子加速和探测的过程。
实验步骤：1. 将待加速的粒子注入双螺旋线加速器中，并调整加速器的参数，如电场强度、磁场强度等。
2. 使用电磁铁对加速后的粒子进行偏转，根据偏转角度和磁场强度等参数推算粒子的动量和轨道。
粒子物理与核物理实验中的数据分析PPT课件
• 设置ROOT的环境变量（bash）
export ROOTSYS=/projects/soft/ext/root export PATH=$ROOTSYS/bin:$PATH export LD_LIBRARY_PATH=$ROOTSYS/lib:$LD_LIBRARY_PATH
tar zxvf rootexamples.tgz cd examples export EXAMPLEDIR=`pwd`
本讲所有例题及练习题相关文件都在$EXAMPLEDIR目录下。
.
9
ROOT语法(1)—基本信息
ROOT使用C++语法 一段C++程序可以直接在ROOT环境运行
数据类型重定义 int Int_t float Float_t double Double_t
......
ROOT的类都以T开头
如TFile, TH1F, TTree, ...
详细规定参阅ROOT手册第二章关于Convention和 Global Variables部分。
可以直接在ROOT环境中运行macro文件(自动调用 cint编译器)，也可以在makefile中设置好相关参数用 g++编译得到可执行文件运行。
二项分布
Breit-Wigner分布 指数分布
高斯分布
(0,imax-1)随机整数 Landau分布 泊松分布(返回int) 泊松分布(返回double) (0,1]均匀分布 (x1,x2]均匀分布
.
13
ROOT脚本文件示例(1)：Macro文件
$EXAMPLEDIR/ex31.C
核物理与粒子物理导论chap_1_4-7 (7)
129习 题6-1．利用核素质量，计算的β 谱的最大能量。
He H 3231→m E 6-2．既可产生衰变，也可产生K 俘获，已知的最大能量为1.89 MeV ，试求K 俘获过程放出的中微子的能量。
V 4723β+β+E v 6-3．样品中含RaE 4.00 mg ，实验测得半衰期为5.01d ，放出β 粒子的平均能量为0.337 MeV ，试求样品的能量辐射率W 。
6-4．设在标准状态下的2.57 cm 3的氚气样品中，发现每小时放出0.80 J 的热，已知氚的半衰期为12.33 a ，试求：衰变率D ；()β 粒子的平均能量()a b E β；()c E β与β 谱的最大能量之比m E E β/。
m E 6-5．的衰变能＝0.87 MeV ，试求的反冲能。
Li Be 73K74→d E Li73R E 6-6．32P 的β 粒子最大能量＝1.71 MeV ，计算放出β 粒子时原子核的最大反冲能和发射中微子时核的最大反冲能。
m E E Re v E R 6-7．放射源有：(两组电子，其最大能量和分支比为0.69 MeV ，16%和1.36 MeV ，16％，后者为相应至基态之衰变；(两组电子，其最大能量和分支比为0.92 MeV ，25％和1.53 MeV ，2.8％，后者为相应至基态之衰变；(两组单能中微子：1.93 MeV ，38％和2.54 MeV ，2.2％。
试作出的衰变纲图，并求该放射源所放出的γ 射线的能量。
（已知Ge 的K 电子结合能为≈0.01 MeV 。
）As 7433)a β−Se 7434)b β+Ge 7432)c As 7433 6-8．计算24Na 的衰变的β 粒子最大能量，为什么在实验中没有观察到达这组能量的β 粒子？β−m E6-10．对于，查表得，并已知子核的能级特性为0CaSc 4220s68.04221+→β3.3m 10),(=E Z f +。
试求log 值，并以此判断母核的能级特性。
1-0粒子物理和核物理实验(1)解析
评分标准 平时作业 30% 期末考试（闭卷）70%
参考书目和学术刊物
谢一冈等著：《粒子探测器与数据获取》，教育出版社，北京 2003 唐孝威主编：《粒子物理实验方法》，人民教育出版社，北京 1982 李金编著：《现代辐射与粒子探测学讲义》 Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A
客体尺度与观测手段
粒子探测器
我们生活的宏观世界被大量的微观粒子所包围： 来自地球表面的各种放射性，如 40K、232Th、235U 来自宇宙（太阳、银河系）的宇宙线（、） 来自加速器和人工放射源的各种能量、不同种类的粒子和射线
为了测量粒子和射线的基本性质，研究这些粒子之间的相互作用以及它们与 宏观物质的相互作用 为了将这些粒子与射线作为微小的探针来研究微观和亚微观结构，如：晶体 结构、物质的表面结构、分子原子及核结构等 为了通过这些粒子或射线来研究我们达不到的各种天体，如地球的深处、太 阳的内部、月亮或银河以外、更遥远的天体 为了使粒子和射线在工业、农业、矿山、地质、医疗、环保、航天等领域被 广泛地应用，不可替代地获得对宏观物质的形态、结构、成分的测量和研究
“小宇宙”和“大宇宙”
近百年来，人类的认识逐渐达到原子、原子核、核子、 夸克这几个层次，对其观测的尺度已从10-8到10-15厘 米。作为人类周围星体世界的大宇宙，从太阳系、银 河系、直到河外系，人们观测的尺度已大到6×107光 年距离。在地球上观察到宇宙中存在高能基本粒子， 也包括能量范围极宽的电磁辐射光子，其能量由10-4 电子伏特（宇宙背景辐射）到1020 电子伏特的硬γ射 线，而可见光光子只在大约1.6-3.2电子伏特的很小的 一段范围内。宇宙本身已逐步成为研究粒子物理的实 验室。人类对无限小和无限大世界的研究也已经逐步 有机地结合起来。
核物理实验设计教案
核物理实验设计教案一、引言核物理实验是通过实际操作来研究原子核及其相互作用的重要手段。
设计一份能够引导学生了解核物理实验及其设计过程的教案，对于促进学生的实践能力、培养科学精神具有重要意义。
本教案旨在为教师提供一份可供参考的核物理实验设计教案。
二、实验目的通过本次实验，学生将能够：1. 了解核物理实验的基本原理和实验方法；2. 学习并掌握核物理实验的关键技巧和实验操作；3. 提高实验设计和分析问题的能力；4. 培养团队合作和科学态度。
三、实验内容本次实验将以探究α粒子的散射为主题，具体实验内容包括：1. 设计并搭建α粒子散射实验装置；2. 测量散射角度与散射截面的关系；3. 分析实验数据，并通过对比理论模型进行验证。
四、实验装置和材料实验装置：1. α粒子源；2. 散射靶材；3. 探测器；4. 数据采集和分析系统。
材料：1. α粒子源材料；2. 散射靶材料。
五、实验步骤1. 准备工作：a. 搭建实验装置，确定实验参数；b. 检查各设备是否正常工作；c. 保证实验场地的安全。
2. 实验操作：a. 将α粒子源放置在合适位置，使其发射的粒子流射向散射靶材；b. 调整散射靶与探测器的相对位置，确保实验过程的精确度；c. 通过探测器记录实验数据，包括入射粒子数目和散射粒子数目；d. 多次重复实验，获得准确可靠的数据。
3. 数据处理：a. 分析实验数据，绘制入射粒子数目与散射角度的关系图；b. 计算散射截面，并与理论模型进行对比；c. 分析误差来源及其对实验结果的影响。
六、安全注意事项1. 确保实验场地通风良好，避免实验过程中产生有害物质积累；2. 佩戴个人防护装备，如实验室服、手套、护目镜等；3. 注意实验室设备的正确使用方法，严禁随意调整或拆卸设备；4. 注意实验装置的稳定性，避免发生意外。
七、教学反思通过本次实验设计及实施，我们能够发现以下问题和思考：1. 如何合理选择实验装置和材料，满足实验需求；2. 如何引导学生进行实验设计，培养其科学思维和创新能力；3. 如何准确测量和分析实验数据，提高实验结果的可信度；4. 如何评估学生的实验操作和实验结果，有效地进行教学反馈。
大学六年级物理教案原子核物理与粒子加速器
大学六年级物理教案原子核物理与粒子加速器大学六年级物理教案（原子核物理与粒子加速器）引言：本节课将介绍原子核物理与粒子加速器的基本概念、原理及应用。
通过生动的实例与图表展示，学生将更好地理解原子核的结构、粒子的加速过程以及实验中的重要仪器——粒子加速器。
本教案结合理论知识和实践操作，通过互动教学方法，激发学生的学习兴趣，提升他们的动手实践能力及科学思维。
一、原子核物理基础知识1.1 原子核的发现与结构1.2 原子核稳定性与放射性1.3 原子核衰变与核反应二、粒子加速器的基本原理2.1 粒子的加速与碰撞2.2 加速器的基本结构与工作原理2.3 各类粒子加速器的应用三、粒子加速器的实验应用3.1 深入探索原子核的结构3.2 医学与生物领域中的应用3.3 粒子加速器在能源研究中的应用四、教学活动设计4.1 激发学生的学习兴趣4.2 实验演示与操作设计4.3 学生讨论与展示五、教学评估与反馈5.1 个人思考与小组交流5.2 实验操作评估5.3 教师评价与学生反馈六、教学资源准备6.1 实验仪器与材料6.2 图表与实例资料6.3 多媒体教学辅助工具七、延伸拓展7.1 与核物理相关的前沿研究7.2 探索加速器科学发展的未来结语：通过本节课的学习，学生将深入了解原子核物理与粒子加速器的基本概念、原理及应用，提高他们的科学素养和实践能力。
通过实验与讨论的方式，激发学生的学习兴趣，引导他们做出相关应用的思考与解答。
希望学生能够在今后的学习与科研中继续深化对原子核物理与粒子加速器的理解，为推动科技进步和社会发展做出贡献。
粒子物理与核物理教学设计方案
粒子相互作用和守恒定律
粒子加速器和探测器的原理 和应用
气泡室实验：通过观察带电粒 子在气泡室中的轨迹来研究粒 子性质
云室实验：通过观察带电粒子 在云室中的轨迹来研究粒子性 质
火花室实验：通过观察带电粒 子在火花室中的轨迹来研究粒
子性质
磁谱仪实验：通过测量带电粒 子在磁场中的偏转角度来研究
粒子性质
原子核：由质子和中子组成的核心 核力：核子之间的强相互作用力 核反应：原子核发生变化的过程 放射性：原子核自发地放出粒子或射线的特性 核裂变：一个重原子核分裂成两个或多个较轻原子核的过程 核聚变：两个或多个较轻原子核结合成一个重原子核的过程
核反应实验： 通过观察核反 应产物来研究
核反应过程
核衰变实验： 通过测量放射 性元素的衰变 规律来研究核
结构
核裂变实验： 通过观察裂变 产物和裂变能 来研究裂变过
程
核聚变实验： 通过观察聚变 产物和聚变能 来研究聚变过
程
核反应堆实验： 通过观察反应 堆中的核反应 过程来研究核 反应堆的设计
和运行
核物理实验数 据分析：通过 分析实验数据 来验证核物理 理论，改进实
计算机和数据处理设备： 用于处理实验数据和模拟 实验结果
教学软件和模拟程序：用 于帮助学生理解和学习粒 子物理与核物理知识
教师队伍：具备粒 子物理与核物理专 业知识和教学经验 的教师团队
教学资源建设：开 发适合不同层次学 生的教材、案例和 实验资源
教学资源更新：定 期更新教学资源， 以适应学科发展和 教学需求
制定评价标准：明确评价目标和内容，制定合理的评价标准 实施评价：根据评价标准，对学生的学习情况进行评价 分析评价结果：对评价结果进行深入分析，找出存在的问题和不足
《核与粒子物理导论》课程教学大纲
该课程重点介绍实验观测到的核与粒子的基本特性，它们之间相互作用的基本规律；在核子的层次上讲解原子核的结构，在部分子的层次上讲解强子的结构。
使学生对当今人类探索物质结构的前沿有较好的认识。
要求学生对课程讲解的内容，尤其是基本的物理概念，能够理解并基本掌握，能够完成老师布置的作业。
课外要求学生多利用网络了解国际上与本课程相关的学术动态，参与相关的科学研究课题，培养科学研究能力。
三、先修课程高等数学、原子物理、量子力学、力学、电磁学、数学物理方法四、课程教学重、难点重点：核与粒子的基本性质、放射性和稳定性、衰变、原子核反应。
难点：相互作用、核结构、标准模型。
五、课程教学方法与教学手段六、课程教学内容绪论（2学时）第一章核与粒子的基本性质（5学时）1．教学内容（1）原子核的电荷；（2）质量和半径；（3）原子核的自旋；（4）原子核的磁矩；（5）原子核的电四极矩；（6）原子核的宇称；（7）原子核的统计性质；（8）原子核的同位旋；（9）夸克与轻子。
2．重、难点提示（1）原子核的自旋、磁矩和宇称；（2）原子核的电四极矩、同位旋、夸克和轻子。
第二章放射性和稳定性（5学时）1．教学内容（1）核与粒子的不稳定性;（2）放射性衰变的基本规律;（3）原子核的结合能。
2．重、难点提示（1）激发态和共振态的衰变；（2）原子核的液滴模型。
第三章相互作用( 4 学时)1．教学内容（1）强相互作用和弱相互作用;（2）核力及其基本性质。
2．重、难点提示（1）强相互作用；（2）核力的基本性质。
第四章衰变（4学时）1．教学内容（1）α衰变;（2）β衰变;（3）γ衰变;（4）选择定则。
2．重、难点提示（1）衰变的基本理论；（2）中微子的基本性质。
第五章核结构模型（4学时）1．教学内容（1）费米气体模型;（2）原子核的壳模型;（3）集体模型。
大学十一年级物理学教案核物理学与粒子物理学实验
大学十一年级物理学教案核物理学与粒子物理学实验大学十一年级物理学教案：核物理学与粒子物理学实验一、实验目的本实验旨在通过实践操作，让学生深入了解核物理学与粒子物理学的基本概念、原理和实验方法，培养学生科学实验的能力和科学思维。
二、实验器材与材料1. 加速器装置2. 核反应堆3. 探测器4. 核材料样品5. 电子学模块6. 计算机及数据处理软件三、实验内容与步骤本实验分为以下几个部分，学生需要按照以下步骤进行实验操作：实验一：核物理学基础实验1. 熟悉并掌握实验器材的使用方法和注意事项。
2. 制备实验所需的核材料样品。
3. 通过自组实验装置进行质子轰击靶核的实验，观察和记录核反应产物发射的粒子种类和能量。
4. 利用电子学模块对实验结果进行测量和分析，得出相应的物理参数。
5. 结合计算机及数据处理软件，对实验数据进行处理和分析，得出实验结果并进行讨论。
实验二：粒子物理学基础实验1. 熟悉并掌握实验器材的使用方法和注意事项。
2. 利用加速器装置对粒子进行加速，将其与物质发生相互作用，观察和记录产生的粒子反应。
3. 利用探测器对实验产生的粒子进行探测和测量，得出相应的物理参数。
4. 结合电子学模块对实验结果进行测量和分析，得出实验结果。
5. 利用计算机及数据处理软件对实验数据进行处理和分析，得出实验结果并进行讨论。
四、实验结果分析与讨论学生需要综合实验数据及理论知识，进行以下内容的分析与讨论：1. 核物理学实验中，质子轰击靶核的实验结果是否与理论预期符合？如果不符合，可能存在哪些因素导致偏差？2. 粒子物理学实验中，粒子加速与物质相互作用的实验结果对于理论模型的验证有何意义？3. 核物理学与粒子物理学在实验中的应用领域有哪些？它们的研究对于现代科学技术的发展有何重要意义？五、实验总结与思考学生需要从本次实验中总结出以下几个方面的内容：1. 通过本次实验，你对核物理学与粒子物理学有了更深入的了解吗？实验是否对你的学习有所帮助？2. 在实验中，你遇到了哪些困难和问题？是如何解决的？3. 如何进一步拓展和应用核物理学与粒子物理学的知识，并将其与其他学科进行有机结合？六、实验安全注意事项1. 在实验中要严格遵守实验室安全规定，做好个人防护工作。
粒子与核物理实验方法
粒子与核物理实验方法粒子与核物理实验方法是研究微观世界的重要手段。
本文将介绍粒子与核物理实验方法的基本原理和常用技术，以及它们在物理研究中的应用。
通过此文，读者将能够了解到粒子与核物理实验方法的工作原理和实验设计，以及其在科学研究和技术应用领域的重要性。
一、粒子与核物理实验方法的基本原理粒子与核物理实验方法是通过研究微观粒子的性质和相互作用来揭示物质的本质和宇宙的构成。
这些实验方法基于量子力学的基本原理，以测量微观粒子的能量、动量、质量、电荷、自旋等物理量来研究它们的性质和相互作用规律。
常见的粒子与核物理实验方法包括粒子加速器、探测器和数据分析等。
二、粒子加速器粒子加速器是粒子与核物理实验中常用的重要设备，用于将带电粒子加速到高能量。
常见的粒子加速器有环形加速器（如质子对撞机）、直线加速器和离子激发器等。
粒子加速器的工作原理是利用电场和磁场对带电粒子进行加速、聚焦和束流，使其达到所需的能量和强度。
通过调节加速器的参数，可以实现对不同类型粒子的加速，进而进行粒子碰撞实验和探测。
三、探测器探测器是粒子与核物理实验中用于测量和记录微观粒子的性质和相互作用的重要装置。
常见的探测器包括射线探测器、计数器、闪烁体、半导体探测器和气体探测器等。
这些探测器可以测量带电粒子的轨迹、能量沉积、衰变产物等信息，并将其转化为电信号进行放大和记录，以便进一步分析和研究。
探测器的精度和分辨率直接影响实验的准确性和可靠性。
四、数据分析数据分析是粒子与核物理实验中的重要环节，通过对实验数据的处理和分析，可以得到有关微观粒子性质和相互作用的相关信息。
数据分析包括数据筛选、噪声去除、背景估计、信号提取、事例重建和参数拟合等。
通过适当的算法和统计方法，可以从庞大的实验数据中提取有用的物理信息，并进行物理建模和理论验证。
五、粒子与核物理实验方法的应用粒子与核物理实验方法在科学研究和技术应用领域具有广泛的应用价值。
在科学研究方面，粒子物理实验方法可以用于研究基本粒子的性质和相互作用，揭示物质的微观结构和宇宙的起源。
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课程号
00437160
学分
3
英文名称
nuclear and particle physics experiment
先修课程
（1）近代物理实验（1）
（2）原子核物理
中文简介
本课程分为理论教学和实验教学两部分。课堂理论需要三次课，主要讲述射线与物质的相互作用，各种类型探测器的工作原理，基本的电子学仪器插件的功能及使用方法。实验部分开设10个实验(选做7个)，让学生通过实验学习粒子及射线的探测技术及测量方法，掌握一些带有共性的、基础的实验技能，并了解这些知识和技能在环境保护、核电领域及科学前沿中的应用。
8. 背散射法测薄膜厚度和杂质浓度（10学时）
9. 位置灵敏塑料闪烁体谱仪（10学时）
理论教学加实验操作。
平时实验加测试。
教学评估
许金艳：
本课程分为理论教学和实验教学两部分。两部分互相独立，有相互补充。理论教学部分共占20学时，实验教学部分共占60学时，具体分配如下：
理论教学部分
1．射线与物质的相互作用，包括gamma，beta，alpha及中子（7学时）
2．各种类型的探测器，包括气体探测器，闪烁体探测器和半导体探测器（7学时）
3．电子学仪器插件和测量方法的介绍，包括前置放大器，主放大器，单道，计数器及多道的原理简介（6学时）
英文简介
The course is divided into two parts: theory teaching and experiment teaching. Theory part takes three times, mainly illustrates the interaction of radiation with matter, the working principle of various type detectors, the basic function and applying method of basic electronics instrument. Seven out of Ten experiments will be performed for each student in the experimental part. By experiments, let the students learn the detection technology and measuring method of the particle and radioactive rays, master some common and basic experimental skills, understand the application of these knowledge and skills in environmental protection, nuclear power as well as in the frontier of science.
开课院系
物理
平台课性质
平台课类型
授课语言
中文
教材
自编讲义；
辐射物理,北京大学出版社,核物理实验方法,原子能院出版社,
参考书
教学大纲
本课程注重基础知识与实验的紧密结合，旨在帮助学生尽快熟悉核物理实验及粒子物理实验的基本组成，学习探测器的基本探测原理及使用方法，掌握基本的实验技能。
实验教学部分：
1．符合法测量放射源活度 或者 G-M计数器和核衰变统计规律（8学时）
2．NaI（Tl）γ闪烁谱仪 或者 β射线的吸收（9学时）
3．卢瑟福散射 或者 康普顿散射（9学时）
4. 介质表面氡析出率测量（9学时）
5. γ射线的吸收（8学时）
6. 半导体α谱仪及α粒子能量损失（9学时）
7. CsI 谱仪的能量分辨率研究（10学时）