5.3核力與結合能

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?課堂導入現代物理學認為，自然界存在著四種基本相互作用，即引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。自然界中的各種力，都可以歸結為這四種相互作用。1.

引力相互作用：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.

電磁相互作用：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二、結合能1.宏觀模型：相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內能散失掉了。兩個物體為了結合而付出了代價——失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。2.微觀模型：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。

自由核子形成原子核所釋放的能量，或者原子核重新分為自由核子，需要吸收的能量，叫做原子核的結合能。損失能量補充能量二、結合能①如圖5.3-3，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？

結合能：將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量將單個核子結合成原子核所要放出的能量思考與討論②結合能的大小與什么因素有關？結合能越大原子核是不是越難被拆散？如何才能反映原子核的穩定程度？Li-6U-235原子核越大→核子個數越多→但不能說明它穩定→結合能越大二、結合能1.定義：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.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=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。3.比結合能：二、結合能

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。二、結合能不同原子核的比結合能是不一樣的。從圖中可看出，中等質量原子核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等質量的原子核要小。三、質量虧損1、定義：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。（組成原子核的核子的質量之和與原子核的質量之差）2、愛因斯坦質能方程：

物體的能量和質量之間存在密切的聯系，他們的關系是：

核子在結合成原子核時要放出能量，出現質量虧損，大小為：

物體質量，隨著能量的變化，會發生變化。E＝mc2

ΔE＝Δmc2說明：

（1）質量不是能量、能量也不是質量，質量不能轉化能量，能量也不能轉化質量，質量只是物體具有能量多少及能量轉變多少的一種量度。

（2）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。（3）質量虧損并非質量消失，而是減少的質量m以能量形式輻射出去了，因此質量守恒定律不被破壞。三、質量虧損總結與歸納一、核力與四種基本相互作用①四種相互作用:引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用②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二、結合能①結合能：自由核子形成原子核所釋放的能量，或者原子核重新分為自由核子，需要吸收的能量。②比結合能：原子核的結合能與核子數之比。三、質量虧損△E=△mc2補充原子核的比結合能隨質量數的變化曲線（實驗數據）核子平均質量比結合能核子的平均結合能隨質量數的變化z核子結合成鐵原子核或鐵附近的原子核時，每個核子平均放出的能量大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。使較重的核分裂成中等大小的核，比結合能會增加，發生質量虧損，釋放結合能。【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：

1.

從以下幾個方面比較核反應與化學反應的相同和相異之處。（1）它們各自涉及四種基本相互作用中的哪一種？（2）每種反應分別改變了或重新安排了什么？教材書后習題2.

為什么原子核的比結合能越大，原子核越穩定？教材書后習題3.

生活中，我們常能看到物體的能量發生了變化，為什么覺察不到物體質量發生的變化？教材書后習題

教材書后習題5.

印刷“兩彈一星”這四個字的油墨的質量大約是1μg（10-9

kg）。與這些質量相當的能量如果完全用來增加重力勢能，它可以使一架本身質量6000kg、載有60名體重50kg學生的直升機升高多少？g取10m/s2。教材書后習題6.

一個鈾核衰變為釷核時釋放一個α

粒子