19.5核力與結(jié)合能課件

第十九章原子核19.5核力與結(jié)合能6/7/2024原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=核子數(shù)6/7/2024

原子核的半徑約為10-15m,只相當(dāng)原子半徑的萬(wàn)分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力是很大，萬(wàn)有引力太小，只有庫(kù)侖力的10-36。而通常原子核是穩(wěn)定的,于是核內(nèi)還應(yīng)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(kù)侖力庫(kù)侖力萬(wàn)有引力萬(wàn)有引力核力

核子靠什么力結(jié)合成原子核？6/7/2024核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力．核力具有怎樣的特點(diǎn)呢？一、核力：6/7/2024

2.核力是短程力。約在10-15m量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力,距離為10×10-15m時(shí)核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時(shí)為斥力。

3.核力具有飽和性。核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。

4.核力具有電荷無(wú)關(guān)性。對(duì)給定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，核力與核子電荷無(wú)關(guān)。

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(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。6/7/2024除核力外原子核內(nèi)還存在弱相互作用（弱力）弱力是引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因弱相互作用也是短程力，力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。6/7/2024二、原子核中質(zhì)子與中子的比例6/7/2024二、原子核中質(zhì)子與中子的比例自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。為什么會(huì)這樣呢？6/7/2024核越來(lái)越大，有些核子間的距離越來(lái)越遠(yuǎn)。隨著距離的增加，核力與電磁力都會(huì)減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。這時(shí)，如果不再成對(duì)地增加核子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定。由于這個(gè)原因，穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。6/7/2024由于核力的作用范圍是有限的，如果繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子也無(wú)濟(jì)于事，這樣的核必然是不穩(wěn)定的。在宇宙演化的進(jìn)程中，各種粒子有機(jī)會(huì)進(jìn)行各種組合，但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái)。現(xiàn)在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。6/7/2024某一數(shù)值時(shí)某一數(shù)值時(shí)相同6/7/2024由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化．可見，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量．這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能．三、結(jié)合能6/7/2024結(jié)合能并不是由于核子結(jié)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。比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做為比結(jié)合能。也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。6/7/2024四、質(zhì)量虧損1、例題：中子的質(zhì)量

=1.6749×10－27Kg質(zhì)子的質(zhì)量

=1.6726×10－27Kg中子和質(zhì)子的質(zhì)量和

=3.3475×10－27Kg

氘核的質(zhì)量

=3.3436×10－27Kg質(zhì)量差

=0.0039×10－27Kg6/7/20242、質(zhì)量虧損：原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。6/7/2024愛因斯坦質(zhì)能方程

E=mc2

式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，正表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過(guò)程中放出了能量ΔE=Δm·c26/7/20243、有關(guān)問(wèn)題的理解和注意事項(xiàng)第一.核反應(yīng)過(guò)程中:

核子結(jié)合成原子核時(shí),新核質(zhì)量小于核子的總質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時(shí)以光子形式釋放核能;

原子核分解為核子時(shí),需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量.第二.核反應(yīng)過(guò)程中,質(zhì)量虧損時(shí),核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒),可理解為組成原子核后,核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些.第三.質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失,而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動(dòng)質(zhì)量),因此質(zhì)量守恒定律不被破壞.6/7/2024第四.公式ΔE=Δm·c2

的單位問(wèn)題國(guó)際單位:

m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”常用單位:

m用“u(原子質(zhì)量單位)”1u=1.660566×10-27kgΔE用“uc2”1uc2=931MeV(表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變)P82問(wèn)題與練習(xí)3.6/7/2024當(dāng)然，2.19MeV的能量的絕對(duì)數(shù)量并不算大，但這只是組成1個(gè)氘核所放出的能量．如果組成的是6.02×1023個(gè)氘核時(shí)，放出的能量就十分可觀了．與之相對(duì)照的是，使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393.5×103J．折合為每個(gè)碳原子在完全燃燒時(shí)放出的能量只不過(guò)4eV．若跟上述核反應(yīng)中每個(gè)原子可能放出的能量相比，兩者相差數(shù)十萬(wàn)倍．第五.核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個(gè)數(shù)量級(jí).

6/7/20246/7/2024課堂練習(xí):1、試證明，1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931.50MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．2、碳原子的質(zhì)量是12.0