19.5 核力与结合能

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1、核力与结合能【思考】在原子核那样狭小（10-15m）的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？一、核力1、核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内。核力在大于0.8×10-15m时表现为引力,且随距离的增大而减小，超过1.5×10-15m，核力急剧下降几乎消失；在距离小于0.8×10-15m时核力表现为斥力（核子不会融合在一起）。（3）核力具有饱和性。每个核子只跟临近的核子发生核力作用，且与核子是否带电无关。2、除

2、核力外原子核内还存在弱相互作用（弱力）。（1）弱力是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。（2）弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。（1）万有引力：万有引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越

3、远，力就越小（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。3、核力与四种相互作用二、原子核中质子与中子的比例自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。质子数中子数理想中的质子数和中子数相等的原子核实际存在的原子核核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间

4、的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分

5、解为核子时，都伴随着巨大的能量变化。当核子结合成原子核时要放出一定的能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。三、结合能1、结合能:原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。2、比结合能:结合能与核子数之比，称做为比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。四、质量亏损1、爱因斯坦质能方程：2、质量亏损：（1）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质

6、量亏损。（2）意义：质量亏损表明的确存在原子核的结合能。演示1（3）规律：演示2①中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。②中等大小的核的核子平均质量小。演示3把较重的核分裂成中等大小的核，或者把较轻的核合并成中等大小的核，都会发生质量亏损，释放能量。（4）对质量亏损的理解：①核反应过程中,发生质量亏损时,核子个数不变(即质量数守恒),实质是核子的平均质量减小。②物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损并非质量消失，也不是减少的质量转变成了能量,而是减少的质量（△m）以能量形式辐射(具有运

7、动质量),因此质量仍然守恒。【例2】碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示，1u=1.6606×10-27kg。请根据爱因斯坦质能方程证明：1u相当于931.5MeV。【例1】中子的质量mn=1.6749×10－27Kg，质子的质量mp=1.6726×10－27Kg，氘核的质量mD=3.3436×10－27Kg。求氘核的结合能。中子和质子的质量和：mn+mp=3.3475×10－27Kg∴氘核的比结合能为：返回返回核子的平均质量与原子序数之间的关系核子平均质量0原子序数Z返回返回