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1、高中物理核力与结合能本讲稿第一页，共十四页 原原子子核核的的半半径径约约为为10-15m,只只相相当当原原子子半半径径的的万万分分之之一一。在在这这么么小小的的空空间间里里带带正正电电的的质质子子与与质质子子间间的的库库仑仑斥斥力力是是很很大大，万万有有引引力力太太小小，只只有有库库仑仑力力的的10-36。而而通通常常原原子子核核是是稳稳定定的的,于于是是核核内内还还应应有有另另一一种种力力把把各各种种核子紧紧拉在一起核子紧紧拉在一起,此力称为核力。此力称为核力。核力核力mpmp库仑力库仑力库仑力库仑力万有引万有引力力万有引万有引力力核力核力 核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核
2、？本讲稿第二页，共十四页核力核力:能够把核中的各种核子联系在一起的能够把核中的各种核子联系在一起的 强大的力强大的力核力的特点核力的特点一、核力：一、核力：1.核核力力是是四四种种相相互互作作用用中中的的强强相相互互作作用用（强强力力）的一种表现。的一种表现。2.核核力力是是短短程程力力。约约在在 10-15m量量级级时时起起作作用用，距距离离大大于于0.810-15m时时为为引引力力,距距离离为为1010-15m时时核核力力几几乎乎消失，距离小于消失，距离小于0.810-15m时为斥力。时为斥力。本讲稿第三页，共十四页3.核核力力具具有有饱饱和和性性。核核子子只只对对相相邻邻的的少少数数核核
3、子子产产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。4.核核力力具具有有电电荷荷无无关关性性。对对给给定定的的相相对对运运动动状状态态，核力与核子电荷无关。核力与核子电荷无关。除核力外原子核内还存在除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）弱相互作用（弱力）弱力是引起中子质子转变的原因弱力是引起中子质子转变的原因弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为为1018m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。本讲稿第四页，共十四页二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例自然界中较轻的原子核，自然
4、界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越重的元素，两者相差越多。越多。为什么会这样呢？为什么会这样呢？本讲稿第五页，共十四页核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着核越来越大，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，距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减但核力减小得更快小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较。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，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
5、核就不稳定了。这时，如果不再成对地增这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳，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，中子数要比质定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。子数多。本讲稿第六页，共十四页某一数值时某一数值时某一数值时某一数值时相同相同本讲稿第七页，共十四页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
6、大的能量变化分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化 当核子结合成原子核时要放出一定能量；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这个能量叫做原子核的结合能三、结合能三、结合能本讲稿第八页，共十四页比结合能：结合能与核子数之比，称做为比比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。结合能。也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。得越牢固，原子核越稳定。本讲稿第九页，共十四页四、质量亏损四、质量亏损1、例题：、例题：中子的质
7、量中子的质量=1.674910=1.6749102727Kg Kg 质子的质量质子的质量=1.67261027Kg 中子和质子的质量和中子和质子的质量和=3.34751027Kg 氘核的质量氘核的质量=3.34361027Kg 质量差质量差=0.00391027Kg 本讲稿第十页，共十四页2、质量亏损、质量亏损：原子分解为核子时，质量增：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，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。叫做质量亏损。核子在结合成原子核时出现的质量亏损核子在结合成原子核
8、时出现的质量亏损 mm，正，正表明它们在互相结合过程中放出了能量表明它们在互相结合过程中放出了能量 E=E=mmc c2 2本讲稿第十一页，共十四页3 3、有关问题的理解和注意事项有关问题的理解和注意事项第一第一.核反应过程中核反应过程中:核子结合成原子核时核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量新核质量小于核子的质量(质质量亏损量亏损),同时以同时以 光子形式释放核能光子形式释放核能;原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要吸收一定能量需要吸收一定能量,核子的核子的总质量大于原原子核的质量总质量大于原原子核的质量.第二第二.核反应过程中核反应过程中,质量亏损时质量亏损时,核子个数不亏损核子个数不亏损(即质量即质量数守恒数守恒),可理解为组成原子核后可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛核内每个核子仿佛“瘦瘦了了”一些一些.第三第三.质量亏损并非质量消失质量亏损并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以能量形以能量形式辐射式辐射(动质量动质量),因此质量守恒定律不被破坏因此质量守恒定律不被破坏.本讲稿第十二页，共十四页本讲稿第十三页，共十四页核子平均质量核子平均质量核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系 聚变聚变裂变裂变本讲稿第十四页，共十四页