M03 - M04 原子和原子核的大小

虽然可以将原子中的原子核视为球形，但是原子核并没有明显划定的边界，因此提及它的“半径”时必须小心。半径的实验数据取决于所用的测定方法。作为实体物质，原子的密度与离开原子中心的距离存在函数关系。在离核某一距离范围内，原子密度近似恒定不变，但之后逐渐降低，在核表面降为零。核的半径R可定义为从中心到某点的距离，在该点上，密度降低到原始值的一半。这些半径数据可以通过快中子偏转实验获得。实验结果表明，原子核半径正比于 A^1/3，A为质量数:
R =r₀A^1/3
其中r₀ =1.3×10^-15 m=1.3fm，对所有的核，其为常数。
球体积=4πR³/3
因此核的体积为:V=4πr₀³A/3=1.12×10^-44×A(m³)

因此，原子核的体积近似地与核中粒子数目成正比，核中粒子指质子和中子，合称为核子。这一关系表明，不论核中粒子有多少，核子之间都是等距离的。所以，任一原子核内，核子的体积都是恒定的。

m与A无关。这个密度大约比日常物质的密度的 10¹⁴ 倍还要大，表明原子核中核子排列紧密。而常见物质的密度仅为10³kg/m3，由此可知，除了核物质之外，常见物质内部肯定存在大量的空隙。
对于Na(11个质子，12个中子)，其核半径为3.7×10^-15m，而原子半径为1.86×10^-10 m。核比原子小40 000倍。核与原子的相对大小与胡夫金字塔的高度(150 m)与地球半径(6 400 000 m)的相对大小相当(见图M04)。另外，如果一个原子相当于一个乒乓球的大小，那么地球就相当于一个网球的大小(见图M03)。

参考文献:

D. Halliday, R. Resnick and K. Krane, ‘Physics Vol II’,
‘J. Wiley & Sons, New York
J.T. Hewlis, R.C. Glass, D.J. Hughes, A.R. Meetham,
‘Encyclopaedic Dictionary of Physics’, Pergamon Press,
New-York (1975).