核力與結(jié)合能上課用

第十九章原子核19.5核力與結(jié)合能原子核質(zhì)子（帶正電）中子統(tǒng)稱為核子回顧：原子核的組成思考：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子為什么能夠擠在一起而不飛散？猜想：萬有引力？回顧：中子質(zhì)子原子核示意圖驗(yàn)證：間距r

數(shù)量級(jí)10-15m；質(zhì)量m

數(shù)量級(jí)10-27kg；電量q

數(shù)量級(jí)10-19C；引力常量G數(shù)量級(jí)10-11；靜電力常量k數(shù)量級(jí)109。結(jié)論：質(zhì)子間的電磁力是萬有引力的1035倍核子不可能靠自身萬有引力抗衡庫侖斥力。猜想：存在第三種力——核力，是核力把核子束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。一、核力1、定義：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。2、特點(diǎn)（1）.核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。在原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。（2）.核力是短程力。約在10-15m數(shù)量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力,距離為10×10-15m時(shí)核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時(shí)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起。（3）.核力與電荷無關(guān)。核力與核子電荷無關(guān)。（見書本P79圖）（4）.核力具有飽和性。每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱之為核力的飽和性。3、四種相互作用（1）.萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來。（2）.電磁力：在原子核外，電磁力使電子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體與固體。電磁力和萬有引力都是“長程力”，即它們可以作用到無限遠(yuǎn)的距離，（3）.強(qiáng)相互作用：原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。（4）.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力（比強(qiáng)力更短），作用強(qiáng)度比電磁力小。

自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。質(zhì)子數(shù)中子數(shù)理想的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的穩(wěn)定原子核實(shí)際存在的原子核原因分析：核越大，核子間距離增大庫侖力與核力均減少，但核力減少快增大到一定程度時(shí)，核力較少，不足以平衡庫侖力時(shí)，原子核會(huì)不穩(wěn)定。若增加中子，與其它核子無庫侖力，但有核力，有助于原子核穩(wěn)定核力是短程力，若超過其作用范圍，增加中子，原子核也不穩(wěn)定，所以原子序數(shù)越大越不穩(wěn)定。二、原子核中質(zhì)子與中子的比例

由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化．

可見，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量．這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能．三、結(jié)合能

自然，原子核越大，它的結(jié)合能越高。因此，有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。比結(jié)合能中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。

從相對(duì)論得出，物體的能量和質(zhì)量之間存在如下密切聯(lián)系。四、愛因斯坦的質(zhì)能方程表明：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在著簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。

把組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。

核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以要放出能量，大小為：五、質(zhì)量虧損中子的質(zhì)量=1.6749×10－27Kg質(zhì)子的質(zhì)量=1.6726×10－27Kg中子和質(zhì)子的質(zhì)量和=3.3475×10－27Kg氘核的質(zhì)量=3.3436×10－27Kg質(zhì)量差△m=0.0039×10－27Kg質(zhì)量虧損:五、質(zhì)量虧損例題：請(qǐng)計(jì)算一下方程左右的質(zhì)量變化例題：請(qǐng)計(jì)算核反應(yīng)釋放的能量愛因斯坦的質(zhì)能方程：E＝mc2五、質(zhì)量虧損△m=0.0039×10－27Kg質(zhì)量虧損:△E=

△mc2=0.0039×10-27×(3×108)2J=3.51×10-13J又1eV=1.60×10-19J∴△E=2.19×106eV=2.19MeV質(zhì)量虧損表明：原子核內(nèi)的確存在著結(jié)合能。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm比結(jié)合能為:

中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。1、核子結(jié)合成原子核，新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損)，同時(shí)以光子形式釋放核能;

原子核分解為核子時(shí)，需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量.2、核反應(yīng)過程中，質(zhì)量虧損時(shí)，核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒)，可理解為組成原子核后,核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些.3、質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動(dòng)質(zhì)量)，因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。有關(guān)問題的理解和注意事項(xiàng)4、國際單位：常用單位:m用“u”(原子質(zhì)量單位)1u=1.660566×10-27kg，c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．ΔE用“mc2”，1u=931MeV

(表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變)5、核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個(gè)數(shù)量級(jí).m用“kg”，c用“m/s”，E用“J”練習(xí)反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量和反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變核子結(jié)合成氘核時(shí)，一定釋放核能

γ光子具有的能量為，Δm為核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損1.中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，同時(shí)釋放γ光子，核反應(yīng)方程是,下列說法正確的是（）ACD例題:（原子量為232.0372）衰變?yōu)椋ㄔ恿繛?28.0287）時(shí)，釋放出粒