第五章

原子核第3節核力與結合能1.知道四種基本相互作用，知道核力的性質。2.認識原子核的結合能和比結合能的概念。3.能用質量虧損和質能方程計算核能相關的問題。思考：

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？自然界存在著幾種基本相互作用呢？1.定義：能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力。2.核力的特點：⑵核力是短程力。⑶核力與電荷無關。⑷核力具有飽和性。⑴核力是強相互作用（強力）的一種表現。一、核力與四種基本相互作用（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3.四種基本相互作用（4）弱相互作用在某些放射現象中起作用的另一種基本相互作用弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子一質子轉變的原因。短程力：約在10-18m量級時起作用一切物體之間隨距離增大而減弱長程力，宏觀重力電荷間、電流間、磁體間引力相互作用長程力，宏觀彈力、摩擦力組成原子核的核子之間距離增大時，急劇減小短程力，微觀核力基本粒子之間距離增大時，急劇減小，比強相互作用小得多基本粒子間的力短程力，微觀引起原子核β衰變的原因1.結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能。

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。結合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結合能的大小能不能反映原子核的穩定程度？如何才能反映原子核的穩定程度？二、結合能2.比結合能：原子核的結合能與其核子數之比，稱做比結合能。也叫作平均結合能。意義：比結合能越大，原子核就越穩定，表示該核就越穩定。中等大小的核的比結合能最大，結合得最穩定。理解：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=結合能把原子核分成核子時吸收的能量或核子結合成原子核時放出的能量比結合能等于原子核的結合能與原子核中核子個數的比值，它反映了原子核的穩定程度比結合能曲線從圖中可看出，中等大小的核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等大小的核的比結合能要小原子核的比結合能隨質量數變化三、質量虧損

所謂質量虧損，并不是質量消失，減少的質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。總之，物體的能量和質量之間存在著密切的聯系，它們之間的關系就是：E=mc2愛因斯坦質能方程ΔE=Δmc2質量變化時，表達式為：Δm為核反應前和核反應后的質量虧損，質量虧損Δm的單位為kg。對質量虧損理解（1）在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒，所謂的質量虧損并不是這部分質量消失或質量轉變為能量。物體的質量應包括靜止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，減少的靜止質量轉化為和輻射能量相聯系的運動質量。（2）質量虧損也不是核子個數的減少，核反應中核子個數是不變的。核能的計算方法根據質量虧損計算：(1)根據核反應過程，計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm.(2)根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能.①若Δm的單位是千克，則需要將c＝3×108m/s代入，計算得到的ΔE的單位為焦耳.②若Δm的單位是原子質量單位u，則可用ΔE＝Δm×931.5MeV計算，即用質量虧損的原子質量單位數乘以931.5MeV.(1u相當于931.5MeV)【例題】已知中子的質量mn為1.6749×10-27kg，質子的質量mp為1.6726×10-27kg，氘核的質量mD為3.3436×10-27kg，求氘核的比結合能。單個的質子與中子的質量之和為這個數值與氘核質量之差與這個質量差相對應的能量為

解：在核物理中，能量單位常常使用電子伏特(eV)，即所以，氘核的結合能是氘核的比結合能為

1.下列對核力的認識正確的是

(

)A.任何物體之間均存在核力B.核力廣泛存在于自然界中的核子之間C.核力只存在于質子之間D.核力是一種強相互作用力D2.下列關于結合能和比結合能的說法中,正確的有(

)A.核子結合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結合能B.比結合能越大的原子核越穩定,因此它的結合能也一定越大C.重核與中等質量原子核相比較,重核的結合能和比結合能都大D.中等質量原子核的結合能和比結合能均比輕核的要大D

3.下列有關質能方程的說法中，正確的是（）A.愛因斯坦質能方程反映了物體的質量就是能量，它們之間可以相互

轉化B.由E＝mc2可知，能量與質量之間存在著正比關系，可以用物體的質

量作為它所蘊藏的能量的量度C.核反應中發生的“質量虧損”是消失的質量轉變為能量D.因為在核反應中產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒、

系統的總能量和總質量并不守恒B

解析核反應的質量虧損Δm＝mLi＋mp－2mα＝(11.6505×10－27＋1.6726×10－27－2×6.6466×10－27)kg＝2.99×10－29kg釋放的能量