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核力與結合能第五章原子核目錄CONTENTS核力與四種基本相互作用01質量虧損結合能0302思考與討論：

原子核是由中子和質子構成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？核力與四種基本相互作用01一、核力與四種基本相互作用1.核力（強相互作用）：能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力。特點：與萬有引力和電磁力不同，距離增大時，強相互作用急劇減小，它的作用范圍只有約10-15m，即原子核的大小，超過這個界限，這種相互作用實際上已經不存在了，它是短程力。這樣，萬有引力、電磁力和強相互作用分別在不同的尺度上發揮了作用。（1）萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨領風騷”。是引力使行星繞恒星轉動，并且聯系著星系團，決定了宇宙的現狀和未來。（3）強相互作用：在原子核內，強力將核子束縛在一起。（2）電磁力：在原子核外，電磁力使電子和原子核結合成分子，使分子結合成液體與固體。電磁力和萬有引力都是“長程力”，即它們可以作用到無限遠的距離，當然距離越遠，力就越小（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－質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為10－18m，作用強度則比電磁力小。一、核力與四種基本相互作用2.四種基本相互作用結合能02二、結合能

氦原子核是由兩個質子和兩個中子憑借核力結合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量。反過來，4個核子結合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分開需要的能量與核子結合放出的能量有什么關系？思考與討論：1.結合能：當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量。這個能量叫做原子核的結合能。組成原子核的核子數，組成原子核的核子數越多，結合能越大。2.結合能大小的因素：二、結合能1.比結合能：原子核的結合能與核子數之比稱為比結合能，也叫平均結合能。2.注意：核子結合成原子核時，平均每個核子所釋放的結合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界提供給每個核子的平均能量。比結合能結合能核子數=3.意義：它反映了一個原子核穩定程度。比結合能越大，原子核越穩定。二、結合能二、結合能

不同原子核的比結合能是不一樣的，右圖是按照實際測量結果畫的圖線。可以看出，中等大小的核的比結合能最大（平均每個核子的質量虧損最大），這些核最穩定。4.不同原子核的比結合能圖像：質量虧損031.質量虧損：原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現象叫作質量虧損。三、質量虧損2.愛因斯坦已經給我們指出了物體的能量與它的質量的關系，即：E＝mc2【例題】已知中子的質量是mn=1.6749×10-27kg，質子的質量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的質量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比結合能.解析：單個質子和單個中子的質量和為：mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg這個數值與氘核質量之差：Δm＝（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg與這個質量差相對應的能量為：ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J核物理中，能量單位常使用電子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以結合能是：

氘核的比結合能為：

3.質能方程ΔE=mc2常用單位:

（1）m用“u(原子質量單位)”：1u=1.660566×10-27kg

（2）ΔE用“uc2”：1uc2=931.5MeV（931.5兆電子伏）

(表示1u的質量變化相當于931.5MeV的能量改變)三、質量虧損思考：將一個質子和一個中子結合成一個氘核，能量減小了，是否違反了能量守恒定律？為什么？沒有違反能量守恒定律；減小的這部分能量以γ光子釋放出去。思考：將一個質子和一個中子結合成一個氘核，質量減小了，是否違反了質量守恒定律？為什么？沒有違反質量守恒定律；減小的那部分質量等于γ光子的動質量。三、質量虧損思考：根據質能方程，能否認為質量和能量可以相互轉化？三、質量虧損(1)質量或能量是物質的屬性之一，決不能把物質和它們的某一屬性(質量和能量)等同起來；(2)質能方程揭示了質量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數值上的關系，這兩個量分別遵守質量守恒和能量守恒，質量和能量在數值上的聯系決不等于這兩個量可以相互轉化；課堂練習041．對原子核的組成，下列說法正確的是（）A．核力可使一些中子組成原子核B．核力可使較多的質子組成原子核C．不存在只有質子的原子核D．質量較大的原子核內一定有中子D【答案】D【詳解】A．由于原子核帶正電，不存在只有中子的原子核，故A錯誤；B．核力不能把較多的質子集聚在一起組成原子核，因為核力是短程力，質子這間還存在“長程力”—庫侖力，故B錯誤；C．自然界中存在只有一個質子的原子核即

，故C錯誤；D．較大質量的原子核內只有存在一些中子，才能消弱庫侖力，維系原子核的穩定，故D正確。故選D。2．下列說法正確的是（）A．結合能越大的原子核一定越穩定B．核力存在于原子核內任意兩個核子之間C．發生鏈式反應的一個條件是鈾塊的體積必須達到臨界體積D．一個原子核發生一次α衰變，新核相對于原來的原子核，質量數和電荷數都減少2C【答案】C【詳解】A．影響原子核穩定性的是比結合能，故A錯誤；B．核力是短距力，兩個核子需要處在一定距離內才會有核力，故B錯誤；C．鈾塊的體積必須達到臨界體積才能發生鏈式反應，故C正確；D．一個原子核發生一次α衰變，新核相對于原來的原子核，質量數減少4和電荷數減少2，故D錯誤。故選C。3．原子核的平均結合能與質量數之間的關系圖線如圖所示，下列說法正確的是（）B4．1932年，考克饒夫和瓦爾頓用質子加速器進行人工核蛻變實驗，驗證了質能關系的正確性。在實驗中，鋰原子核俘獲一個質子后成為不穩定的鈹原子核，隨后又蛻變為兩個原子核，核反應方程為

。已知

、

、X的質量分別為m1=1.00728u、m2=7.01601u、m3=4.00151u，其中u為原子質量單位，1u=931.5MeV/c2（c為真空中的光速）則在該核反應中（）A．鈹