第四节核力与结合能.ppt

1、第四节核力与结合能,原子核由质子和中子组成，其中质子带正电，中子不带电 质子之间因为电性相互作用而产生库仑力，相互排斥 请大家计算一下，两个质子间的斥力最大有多大？最小有多大？产生的加速度呢？提供数据：原子核半径10-19 m10-17m 质子质量1.6726231 10-27 kg 其他要记的数据自己回忆,解答： 库仑力F=Kq1q2/r2 其中K=9109N.m2/C2 元电荷 e=1.6021810-19C 代入数据得 F F=ma得加速度a 发现数字是惊人的大,核力的定义,使核子克服库仑力组成原子核的作用力，属于强相互作用的类型。 核力是一种很复杂的相互作用，人们通过多年的实验研究和理

2、论分析，才对它的特性有了比较细致的了解，但仍不完全。,核力的性质,短程力，核力只有在原子核的线度(10-15m)内才发生作用 强相互作用，质子间产生库仑斥力，而核力能抗拒库仑斥力而使质子紧密结合在一起，这说明核力很强，它比库仑力大100倍 核力与核电荷无关(电荷无关性)，质子间的核力，中子间的核力，以及质子与中子间的核力都相等 核子不能无限靠近，即核力除表现为引力之外，在某些情形下表现为斥力大体上说核子间的距离在0.81.5费米之间表现为引力，小于0.8费米表现为斥力，大于10费米时，核力消失 1费米=10-15米,核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生

3、作用。,重核与轻核 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。,为什么会这样呢？,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

4、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。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。 83号铋以后的元素都不稳定，到92号铀以后的元素十分不稳定，在自然状态下无法存在。,结合能,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解为核子时，都伴随着巨大的能量变化,可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量叫做原子核的结合能,平均结合能（也叫比结合能）：结合能与核子数之比，称

5、做为平均结合能。 平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。,质量亏损,中子的质量 =1.67491027Kg 质子的质量 = 1.67261027Kg 中子和质子的质量和 = 3.34751027Kg 氘核的质量 = 3.34361027Kg 质量差 = 0.00391027Kg,质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。,爱因斯坦质能方程 E=mc2 式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。,核子在结合成原子核时出现的质量亏损m，正表明它们在互相结合过程中放出了能量 E=mc

6、2,有关问题的理解和注意事项,第一.核反应过程中:核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以光子形式释放核能; 原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质量.,第二.核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些.,第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.,第四.公式E=mc2 的单位问题,国际单位: m用“kg” C用“m/s” E用“J”,常用单位: m用“u(原子质量单位)” 1u=1.66056610-27kg E用“uc2”

7、 1uc2=931.5MeV (表示1u 的质量变化相当于931.5Me V的能量改变),当然，2.22MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量如果组成的是6.021023个氘核时，放出的能量就十分可观了与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5103J折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍,第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级.,课堂练习:,(1)试证明，1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能量1u=1.660610-27kg，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-19J (2)碳原子的质量是12.000 00