第五節核力與結合能第1頁，共21頁。原子核的組成中子質子統稱核子

UHeH114223592XAZ（核）電荷數質量數一.原子核的組成10－15m核力及其性質元素符號第2頁，共21頁。

原子核的半徑約為10-15m,只相當原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質子與質子間的庫侖斥力是很大，萬有引力太小，只有庫侖力的10-36。而通常原子核是穩定的,于是核內還應有另一種力把各種核子緊緊拉在一起,此力稱為核力。核力mpmp庫侖力庫侖力萬有引力萬有引力核力核子靠什么力結合成原子核？第3頁，共21頁。核力：能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力．核力具有怎樣的特點呢？二、核力：第4頁，共21頁。

2.核力是短程力。約在10-15m量級時起作用，距離×10-15m時為引力,距離為10×10-15m時核力幾乎消失，距離×10-15m時為斥力。3.核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數核子產生較強的引力，而不是與核內所有核子發生作用。4.核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀態，核力與核子電荷無關。

要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物——夸克的相互作用。1.核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）的一種表現。第5頁，共21頁。除核力外原子核內還存在弱相互作用（弱力）弱力是引起中子－質子轉變的原因弱相互作用也是短程力，力程比強力更短，為10－18m，作用強度則比電磁力小。第6頁，共21頁。3.核反應中釋放或吸收的能量比化學反應中釋放或吸收的能量大好幾個數量級.在宇宙演化的進程中，各種粒子有機會進行各種組合，但那些不穩定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩定的原子核長久地留了下來。可見，核反應前后，總質量并不相等！6022×10-19)eV1uc2=931MeV(2)碳原子的質量是12.核子結合成原子核時，質量減少。對比愛因斯坦質能方程E=mc2問題分析：質子與中子結合成氘核前后總質量的差異質量虧損并非質量消失,而是減少的質量m以能量形式輻射(動質量),因此質量守恒定律不被破壞.6606×10-27×(2.0039×10－27Kg9979×108m/s，1eV=1.原子核的質量小于組成原子核的核子的質量之和，叫做質量虧損。*三、原子核中質子與中子的比例自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，但對于較重的原子核，中子數大于質子數，越重的元素，兩者相差越多。為什么會這樣呢？原子核中的質子數又稱為原子序數周期表中比較靠后的元素對應的原子核叫重核，靠前的叫輕核。第7頁，共21頁。核越來越大，有些核子間的距離越來越遠。隨著距離的增加，核力與電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩定了。這時，如果不再成對地增加核子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩定。由于這個原因，穩定的重原子核里，中子數要比質子數多。第8頁，共21頁。由于核力的作用范圍是有限的，如果繼續增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子也無濟于事，這樣的核必然是不穩定的。在宇宙演化的進程中，各種粒子有機會進行各種組合，但那些不穩定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩定的原子核長久地留了下來。現在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。第9頁，共21頁。由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．可見，由于核子間存在強大的核力，要把原子核拆散成核子，要克服核力做功，必須吸收一定的能量．反之，根據能量守恒，核子結合成原子核時，也會放出同樣多的能量。這個能量叫做原子核的結合能。結合能可以以光子的形式放出來。四、結合能分解：結合：γ為光子，其能量≥2.2MeV，反應才能發生第10頁，共21頁。結合能并不是由于核子結合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量或者結合成原子核需要放出的能量。比結合能：結合能與核子數之比。也叫平均結合能說明：

比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定。第11頁，共21頁。從圖象上看，哪一種原子的比結合能更大？第12頁，共21頁。ΔE=Δm·c2的單位問題6606×10-27×(2.比結合能越大，表示原子核中核子6606×10-27×(2.弱相互作用也是短程力，力程比強力更短，為10－18m，作用強度則比電磁力小。證明：由愛因斯坦質能方程E=mc2得1u對應能量為比結合能越大，表示原子核中核子結合能可以以光子的形式放出來。問題分析：質子與中子結合成氘核前后總質量的差異可見，由于核子間存在強大的核力，要把原子核拆散成核子，要克服核力做功，必須吸收一定的能量．反之，根據能量守恒，核子結合成原子核時，也會放出同樣多的能量。隨著距離的增加，核力與電磁力都會減小，但核力減小得更快。1uc2=931MeV×10-27kgΔE用“uc2”四、質量虧損中子的質量=1.6749×10－27Kg質子的質量=1.6726×10－27Kg中子和質子的質量和=3.3475×10－27Kg

氘核的質量=3.3436×10－27Kg質量差=0.0039×10－27Kg問題分析：質子與中子結合成氘核前后總質量的差異第13頁，共21頁。四、質量虧損質量虧損：原子分解為核子時，質量增加；核子結合成原子核時，質量減少。原子核的質量小于組成原子核的核子的質量之和，叫做質量虧損。可見，核反應前后，總質量并不相等！第14頁，共21頁。對比愛因斯坦質能方程E=mc2核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δm，與它們在互相結合過程中放出的能量是否存在某種對應關系呢？質量虧損的思考：ΔE

Δm·c2？結論：以上等式確實成立，表明質量虧損與能量變化有著密切的聯系第15頁，共21頁。3、有關問題的理解和注意事項第一.核反應過程中:

核子結合成原子核時,新核質量小于核子的質量(質量虧損),同時以光子形式釋放核能;

原子核分解為核子時,需要吸收一定能量,核子的總質量大于原原子核的質量.第二.核反應過程中,質量虧損時,核子個數不虧損(即質量數守恒),可理解為組成原子核后,核內每個核子仿佛“瘦了”一些.第三.質量虧損并非質量消失,而是減少的質量m以能量形式輻射(動質量),因此質量守恒定律不被破壞.第16頁，共21頁。ΔE=Δm·c2的單位問題國際單位:

m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”常用單位:

m用“u(原子質量單位)”×10-27kgΔE用“uc2”

1uc2=931MeV(表示1u的質量變化相當于931MeV的能量改變)P39問題與練習3.第17頁，共21頁。當然，的能量的絕對數量并不算大，但這只是組成1個氘核所放出的能量．如果組成的是×1023個氘核時，放出的能量就十分可觀了．與之相對照的是，使1摩的碳完全燃燒放出的能量為×103J．折合為每個碳原子在完全燃燒時放出的能量只不過4eV．若跟上述核反應中每個原子可能放出的能量相比，兩者相差數十萬倍．第五.核反應中釋放或吸收的能量比化學反應中釋放或吸收的能量大好幾個數量級.第18頁，共21頁。課堂練習:(1)試證明，1原子質量單位u相當于931.50MeV的能量．1u=1.6606×10-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．證明：由愛因斯坦質能方程E=mc2得1u對應能量為E=mc2=1.6606×10-27×(2.9979×108)2J=1.4924×

10-10J=(1.4924×

10-10/1.6022×10-19)eV=931.50×106eV=931.50MeV第19頁，共21頁。課堂練習:(2