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1、第五节第五节 核力与结合能核力与结合能病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程原子核的组成原子核的组成 原子核是由质子和中子原子核是由质子和中子组成组成的，质子和中子的，质子和中子统称为统称为核子核子电荷数电荷数=质子数质子数质量数质量数=质子数质子数+中子数中子数=核子数核子数 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程原子核原子核质子质子（带（带正电正电）中子中子统称为统称为核子核子回顾：回顾：原子核的组成原子核的组成思考：思考：在原子核那样狭小的空间里
2、，带正电在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？的质子为什么能够挤在一起而不飞散？猜想：猜想：万有引力？万有引力？回顾：回顾：中子中子中子中子质子质子质子质子原子核示意图原子核示意图原子核示意图原子核示意图病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 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
3、-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核子子紧紧紧紧拉在一起拉在一起,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万有引力引力万有万有引力引力核力核力 核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程核力：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叫做强大的力叫做核力核力核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？一、核力：一、核力：病原体侵入机体，
4、消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 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，距离消失，距离小于小于0.810-15m时为斥力时为斥力。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
5、子电荷无关。核力与核子电荷无关。要要真真正正了了解解核核子子间间的的相相互互作作用用还还要要考考虑虑核核子子的的组组成物成物夸克夸克的相互作用。的相互作用。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）的的一种表现。一种表现。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程四种相互作用四种相互作用（1 1）.万有引力：万有引力：引力主要在宏观和宇宙引力主要在宏观和宇宙尺度上尺度上“独领风骚独领风骚”。是引力使行星绕恒。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙星转动，并且联系着星系团，决定
6、了宇宙的现状和未来。的现状和未来。（2 2）.电磁力：电磁力：在原子核外，电磁力使电在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。子结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是电磁力和万有引力都是“长程力长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，即它们可以作用到无限远的距离，病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、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自然界中较轻的原子核，质子数与中子数核，质子数与中子数大致相等，但对于较大致相等，但对于较重的原子核，中子数重的原子
7、核，中子数大于质子数，越重的大于质子数，越重的元素，两者相差越多。元素，两者相差越多。为什么会这样呢？为什么会这样呢？病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致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，中子数大于质数，相等，但对于较重的原子核，中子数大于质数，相等，但对于较重的原子核，中子数大于质数，相等，但对于较重的原子核，中子数大于质数，越重的元素，两者相差越多。越重的元素，两者
8、相差越多。越重的元素，两者相差越多。越重的元素，两者相差越多。质子数质子数质子数质子数中中中中子子子子数数数数理想的质子理想的质子理想的质子理想的质子数和中子数数和中子数数和中子数数和中子数相等的稳定相等的稳定相等的稳定相等的稳定原子核原子核原子核原子核实际存在实际存在实际存在实际存在的原子核的原子核的原子核的原子核原因分析：原因分析：原因分析：原因分析：核越大，核子间距离增大核越大，核子间距离增大核越大，核子间距离增大核越大，核子间距离增大库仑力与核力均减少，但核力减少快库仑力与核力均减少，但核力减少快库仑力与核力均减少，但核力减少快库仑力与核力均减少，但核力减少快增大到一定程度时，核力较少
9、，不足以增大到一定程度时，核力较少，不足以增大到一定程度时，核力较少，不足以增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。平衡库仑力时，原子核会不稳定。平衡库仑力时，原子核会不稳定。平衡库仑力时，原子核会不稳定。若增加中子，与其它核子无库仑力，但若增加中子，与其它核子无库仑力，但若增加中子，与其它核子无库仑力，但若增加中子，与其它核子无库仑力，但有核力，有助于原子核稳定有核力，有助于原子核稳定有核力，有助于原子核稳定有核力，有助于原子核稳定核力是短程力，若超过其作用范围，增核力是短程力，若超过其作用范围，增核力是短程力，若超过其作用范围，增核力是短程力，若超过其作用范围，增加
10、中子，原子核也不稳定，所以原子序加中子，原子核也不稳定，所以原子序加中子，原子核也不稳定，所以原子序加中子，原子核也不稳定，所以原子序数越大越不稳定。数越大越不稳定。数越大越不稳定。数越大越不稳定。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病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 由于核力的作用范围是有限的，如果继由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，
11、这样的核必然是不稳定的。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进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地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，留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。则正在瓦解之中。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程某一数值时某一数值时某一数值时某一数值时相同相同病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对
12、稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 由于核子间存在着强大的核力，所以核子由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合结合成原子核或原子核成原子核或原子核分解分解为核子时，都伴随着巨大的为核子时，都伴随着巨大的能量变化能量变化 可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；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原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量能量叫做原子核的结合能叫做原子核的结合能三、结合能三、结合能病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程结合能结合能并不是
13、由于核子结合成原子核而并不是由于核子结合成原子核而具有具有的的能量，而是为把核子分开而能量，而是为把核子分开而需要需要的能量。的能量。比结合能比结合能：结合能与核子数之比，称做为比：结合能与核子数之比，称做为比结合能结合能。也叫平均结合能。也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。牢固，原子核越稳定。三、结合能三、结合能病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程四、质量亏损四、质量亏损1、例题：、例题：中子的质量中子的质量=1.674910=1.674910
14、2727Kg 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 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程四、质量亏损四、质量亏损2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子、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。结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损成原子核的核子的质量之和，叫做
15、质量亏损。1、例题：、例题：病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程 E=mc2 式中式中c是真空中的光速，是真空中的光速，m是物体的质是物体的质量，量，E是物体的能量。是物体的能量。核子核子在在结合成原子核结合成原子核时出现的时出现的质量亏损质量亏损 mm，正表明它们在互相结合过程中，正表明它们在互相结合过程中放出了能量放出了能量 E=E=mm c c2 2病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3、有关问题的理解和注意事
16、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,新核质量新核质量小于小于核子的质核子的质量量(质量亏损质量亏损),同时以同时以 光子形式光子形式释放核能释放核能;原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要需要吸收一定能量吸收一定能量,核子核子的总质量的总质量大于大于原原子核的质量原原子核的质量.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(即即质量数守恒质量数守恒),可理解为组成原子核后可理解为组成原子核后,核内每个核子核内每个核子仿佛仿佛“瘦了瘦了”一些一些.第三第三.质量亏损并非质量消失质量亏损
17、并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以能以能量形式辐射量形式辐射(动质量动质量),因此因此质量守恒定律不被破坏质量守恒定律不被破坏.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第四第四.公式公式 E=E=mm c c2 2 的单位问题的单位问题国际单位国际单位:m用用“kg”C用用“m/s”E E用用“J”“J”常用单位常用单位:m用用“u(原子质量单位原子质量单位)”1u=1.66056610-27kg E E用用“uc“uc2 2”1uc1uc2 2=931MeV =931MeV (表示表示1u 1u 的质量变化相
18、当于的质量变化相当于931Me V931Me V的能量改变的能量改变)P39问题与练习问题与练习 3.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程当然，当然，2.19MeV2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成但这只是组成1 1个氘核所放出的能量如果个氘核所放出的能量如果组成的是组成的是6.026.0210102323个氘核时，放出的能量就个氘核时，放出的能量就十分可观了与之相对照的是，使十分可观了与之相对照的是，使1 1摩的碳摩的碳完全燃烧放出的能量为完全燃烧放出的能量为393.5393
19、.510103 3J J折合为折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV4eV若跟上述核反应中每个原子可能放出若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍的能量相比，两者相差数十万倍第五第五.核反应中释放或吸收的能量比化学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反应中释放或吸收的能量大好几个数量级.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理
20、生理过程核子平均质量核子平均质量平均结合能平均结合能核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化核子的平均结合能随质量数的变化z病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程课堂练习课堂练习:(1)试证明，试证明，1原子质量单位原子质量单位u相当于相当于931.50 MeV的的能量能量1u=1.6606-27kg，光速，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210
21、-19J(2)碳原子的质量是碳原子的质量是12.000 000 u12.000 000 u，可以看做是由，可以看做是由6 6个个氢原子氢原子(质量是质量是1.007 825u)1.007 825u)和和6 6个中子组成的求核个中子组成的求核子结合成碳原子核时释放的能量子结合成碳原子核时释放的能量(在计算中可以用在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去程中消去)病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程