如何证明原子核内不含电子

证明：原子核中不含电子 证明方法：①原子核磁矩法 ②电四极矩法 ③库仑定律法 ④不确定关系法 ⑤核自旋法 ⑥动量-能量法 1、库伦定律法（以H原子为例） （1）证明思路：从经典物理学角度，在已知电子做向心运动条件下，根据库伦定律和向心运动定律计算出电子的运动半径r，将re与原子核半径r0相比，若r＞r0则命题得证。 （2）假设条件：①电子质量仅考虑静止质量me=9.11*10-31kg ②电子做圆形向心运动，且以最大运动速度v=c=3*108m/s （3）证明过程：根据FQ=Fr可得：                                 （1） 化解可得：                                   （2） e=1.6*10-19C； 8.85*10-12C2N-1m-2 代入数据可解得： 2.8*10-13m 而原子核半径r0线度为10-14～10-15，可见电子运动半径大于原子核半径，因此证明了原子核中不含电子！ （4）疑问：该种情况是最简单的单质子核，若对于多质子核，假设电子在核内围绕一个质子做向心运动，利用这种方法证明的结论显然也符合！那么对于多质子核能否用这种方法证明？ 2、不确定关系法 （1）证明思路：根据不确定关系推导电子动量的不确定变化，进而推导束缚粒子的最小平均动能变化情况，从而证明电子是否满足存在于原子核内的条件。 （2）假设条件：电子绕核运动 （3）证明过程： 不确定关系（测不准关系）达式：                         （1）                           （2） 束缚粒子的最小平均动能： min=                     （3） 随着电子离核越来越近（即r越来越小），它将从原子的线度（埃，10-10m）过渡到原子核的线度（费米，10-15m），依照不确定关系，电子的动量将越来越不确定，根据（3）式可知，电子的平均动能将越来越大。例如，电子运动范围从1埃过渡到3费米时，其平均动能将从10eV量级增大到10GeV量级，没有任何这样的能量来源给予电子这样的能量递增。因此，电子不能靠近原子核，更别说落入核内，进而原子核内不能有电子。 （4）疑问：该方法已经假设电子绕核运动了，只是从能量角度证明了电子不能由外落入原子核内，但假设电子本来就在原子核内，这种方法是否还能证明？ 3、核自旋法（以N原子为例） （1）证明思路：利用反证法，假设原子核中含有电子，计算出这种情况下原子核核子耦合自旋的理论值，再与实验值相比较，看两者是否相互冲突，若冲突则证明原子核中不含电子。 （2）证明条件：以氮核为证明基础，由个体推广到普遍 （3）证明过程： 氮核质量为质子的14倍，电荷为7，则核内包含14个非电子核子，假设核内含有电子，由电荷守恒定律可知，必含有7个电子。因此，氮核内总粒子数为21个，是奇数。由于，质子和电子的固有自旋都是1/2?，奇数个粒子耦合的自旋必定是奇数，但氮核的自旋的实验值却是偶数，相互矛盾。因此，原子核内不可能含有电子。 4、动量-能量法（以He原子为例） （1）证明思路：假设电子在核内，根据其德布罗意波长计算出相应的动量，进而讨论在相对论范围与非相对论范围的速度或能量，将计算值与实际经验值进行比较，看两者是否相互冲突，若冲突则证明原子核中不含电子。 （2）证明条件：以氮核为证明基础，由个体推广到普遍 （3）证明过程： 氦核大小为d≈5费米，电子要在核内，其相应的德布罗意波长不能大于2d≈10费米（ ），相应的动量为：           （1） 假设其落在非相对论范畴，则电子运动速度为：               （2） 即电子速度为240倍光速，显然不可能！ 假设其落在相对论范畴，利用相对论方程： E2=(Pc)2+(mc2)2                                  （3） 因为，Pc=124MeV mc2=0.511MeV，所以有： E≈Pc=124MeV 但人们没有任何实验结果表明原子核内存在如此高能量的电子！因此，核内不含有电子。