原子核的结合能
第4节 原子核的结合能
第4节原子核的结合能学习目标核心提炼1.理解原子核的结合能的概念。
3个概念——结合能、平均结合能、质量亏损1个方程——ΔE＝Δmc22.知道质量亏损的概念，了解爱因斯坦的质能方程。
3.学会根据质能方程和质量亏损的概念进行核能的计算。
一、原子核的结合能和结合能的计算1.结合能：由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量。
2.质量亏损：原子核的静质量都小于构成它的所有核子单独存在时的总静质量，核反应中质量的减少称为质量亏损。
3.爱因斯坦的质能方程：物体的能量和质量之间存在着密切的确定联系，即E＝mc2。
物体质量发生变化时，它的能量也按照这一关系式发生相应的变化，即ΔE ＝Δmc2。
思考判断(1)一切原子核均具有结合能。
()(2)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。
()(3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。
()(4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量。
()答案(1)√(2)√(3)×(4)×二、平均结合能曲线1.平均结合能：把原子核的结合能ΔE除以核子数A，即ΔEA称为原子核的平均结合能，也叫比结合能。
平均结合能越大，核就越稳定。
2.由原子核的平均结合能曲线可以看出(1)平均结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，平均结合能是原子核稳定程度的量度；(2)曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的平均结合能最大，近似于一个常数，表明中等质量的核最稳定；(3)质量较大的重核和质量较小的轻核平均结合能都较小，且轻核的平均结合能还有些起伏。
3.核聚变：两个轻核结合成较重的单个原子核释放出能量的过程叫核聚变。
4.核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出核能的过程叫核裂变。
思考判断(1)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化。
()(2)因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒。
()(3)平均结合能越大，原子核中核子结合得越牢固。
结合能的物理意义
结合能的物理意义
结合能作为物质之间相互作用的一种重要能量形式，在物理学中具有重要的意义。
结合能是指把原子核里的质子和中子聚集在一起所需付出的能量。
在原子核物理中，结合能描述了原子核稳定性的特征，对于核反应、核裂变等过程有着重要影响。
结合能的物理意义体现在以下几个方面：
1. 原子核的稳定性
结合能可以视为描述原子核相对稳定性的指标。
原子核内的质子和中子通过核
力相互作用而结合在一起，形成原子核。
结合能越大，说明核内的质子和中子结合得越紧密，原子核越稳定。
因此，结合能与核的稳定性密切相关，可以用来解释为何一些原子核是稳定的，而另一些则不稳定。
2. 核反应的能量释放
在核反应中，当两个核聚变或者核裂变时，核内的结合能会发生改变，从而释
放或吸收能量。
在核聚变过程中，轻元素的结合能较小，当它们融合在一起形成较重的核时，会释放大量的能量；而在核裂变过程中，重元素的结合能较大，当它们裂变成较轻的核时同样会释放能量。
因此，结合能是核反应中能量转化的重要因素。
3. 原子核的质量损失
根据爱因斯坦的质能关系E=mc^2，结合能的变化也会引起质量的变化。
在核
反应中，结合能的变化会导致核内部质量的微小损失或增加，这进一步影响了反应的热力学特性。
因此，结合能的物理意义也反映在原子核体系的质能转化过程中。
综上所述，结合能不仅是描述原子核稳定性的重要物理量，还与核反应以及核
质量损失等物理现象密切相关。
通过深入理解结合能的物理意义，可以更好地认识原子核内部的特性，揭示核反应等自然现象背后的物理规律。
原子核的结合能
932.80 MeV
练习2：已知1个质子的质量mp=1.007 277u，1个中子 的质量mn=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 由上述数值，计算2个质子和2个中子结合成氦核时释
放的能量。
28.30 MeV
A
12
问题三：核稳定程度的量度----
【讨论与交流】
比结合能
结合能越大原子核是不是越难被拆散？ 即结合能的
物体的能量和
质量之间存在密切
的联系，他们的关
系是：
质
Emc2
能 方
核子在结合成
程
爱因斯坦
原子核时出现质量
亏损，要放出能量，
大小为：
Emc2
A
8
问题二：核能的计算---爱因斯坦的质能方程
1 0n 1 1 H 1 2H
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
1.6749×10－27
mp
1.6726×10－27
1.6 3A .51 1 01 19 01 136 0Me2 v.1M 9 10ev
问题二：核能的计算---爱因斯坦的质能方程
Emc2
核能 质量亏损
计算结合能时，先计算 质量亏损Δm，在带入 质能方程求出结合能
计算任意核反应中释放 的核能，先计算质量亏 损Δm，在带入质能方 程求出核能。
A
Байду номын сангаас
11
练习1：原子质量单位1u=1.6606×-27kg。试证明，1 原子质量单位u相当于931.50 MeV的能量．光速 c=3×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
原子核既然是由质子和中子组成的,它的质量就应等于所有质子和中子的质量之和： 根据爱因斯坦质能关系,可
左右)。这说明中等 质量的核最稳定。 80 100 120 140 160 180 200 220 240
质量数A
比结合能曲线
上页 下页 返回 退出
要利用核能，理论上是把自由状态的Z个质子和 (A-Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放出 的结合能最多。但实际上，用质子和中子直接组成 中等核是不现实的，因为自由中子不易得到，即便 得到了一些，自由中子的半衰期也较短。
具有能量
E 1u c2 1.49449681010 J
质子质量
9.340605102 MeV mp 1.007277u
中子质量
mn 1.008665u
核子平均结合能 [Zmp ( A Z )mn mE ]c2 / A
上页 下页 返回 退出
例题15-2 Z 26 A 56 mE 55.922u
上页 下页 返回 退出
聚变：两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件 上聚合为质量较大的原子核。
6 3
Li
2 1
H
2
4 2
He
22.4MeV
2 1
H
2 1
H
3 2
He
1n
0
3.25MeV
3 1
H
2 1
H
4 2
He
1n
0
17.6MeV
7 3
Li
1 1
H
2
4 2
He
17.3MeV
上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。
上页 下页 返回 退出
因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界 中存在的原子核来考虑。
方法有二： 第一种方法是重核裂变；
第二种方法是轻核聚变。
上页 下页 返回 退出
结合能的定义
结合能的定义什么是结合能结合能是在物理学和化学中使用的一个术语，用来描述原子核内的粒子如何通过核力相互结合在一起。
结合能可以看作是抵抗由于核反应而引起的核粒子分离的能力。
它是一个核的稳定性的重要指标，也是确定原子核的质量的关键因素之一。
结合能的计算结合能可以通过测量反应后产物的质量差来计算。
一般来说，结合能是指一个核质量与其构成粒子（质子和中子）的质量之差，并乘以光速的平方（E = mc^2）。
根据质能守恒定律，当一个核的结合能增加时，它的质量就会减小，反之亦然。
而这个质量差可以通过实验测量来得到。
结合能的意义结合能与核的稳定性和释放能量的大小有着紧密的关联。
核稳定的原因之一是因为结合能足够大，能够抵抗核反应分离核粒子的趋势。
而核反应则是通过核粒子重新排列来释放结合能的过程。
当一个核反应中的反应物的总结合能大于产物的总结合能时，反应是放出能量的。
这就是核反应如核裂变和核聚变所能释放出巨大能量的原因。
结合能的应用核能和核反应核能是目前人类利用的一种重要能源形式。
利用核反应产生的能量可以用于发电、航天探测、医学诊断和治疗等许多领域。
核反应主要包括核裂变和核聚变两种类型。
核裂变核裂变是指重核（如铀、钚）在中子轰击下分裂成两个或多个较轻的核的过程。
在核裂变过程中，释放出的中子可以继续引发其他核裂变反应，形成连锁反应。
这种连锁反应的过程会产生大量的能量，可以用于核电站发电。
目前全球有许多核电站正在利用核裂变反应提供清洁能源。
核聚变核聚变是指轻核（如氘、氚）在高温高压条件下相互融合形成较重的核的过程。
核聚变是太阳和恒星产生能量的主要机制之一。
实现地球上的核聚变反应是科学家们长久以来的梦想，因为它具有理论上无限可持续、无排放且安全的特点。
然而，目前实现有效的核聚变反应仍面临很多技术和工程挑战。
结合能和核元素的稳定性结合能的大小决定了核元素的稳定性。
通常来说，具有更大结合能的核素更稳定。
那些具有较大结合能的核素往往存在于低原子序数的原子核中，如氦、氧、铁等。
原子核的结合能
原子核的结合能
原子核的结合能是指原子核内部稳定的结构所具有的能量。
这种能量与核子之间的相互作用有关，它是维持原子核的稳定的重要因素。
原子核的结合能越大，核子之间的相互作用越强，原子核越稳定。
原子核的结合能是由强相互作用引起的。
强相互作用是一种极为强大的力，只在极小的距离内产生作用。
这种力可以抵抗原子核内部的静电斥力，使得核子之间保持一定的距离，从而维持原子核的稳定。
原子核的结合能可以通过质量缺失法来测量。
在这种方法中，将待测核素与一个已知质量的核素反应，测量反应产物的质量差异，根据质能守恒定律可以计算出原子核的结合能。
原子核的结合能对于核反应和核能源的应用具有重要意义。
在核反应中，当原子核的结合能被释放出来时，将会释放大量的能量。
核能源的利用也是基于这种原理，通过核反应释放出的结合能来产生能量，是目前重要的能源来源之一。
原子核的结合能还与核素的同位素稳定性有关。
同位素是指原子核中的质子数相同，中子数不同的核素。
当同位素的中子数和质子数相等时，核素最为稳定。
同位素的稳定性与其结合能密切相关，结合能越大，核素越稳定。
由于原子核的结合能对于核反应和核能源的应用具有重要意义，因此对于原子核结合能的研究一直是核物理领域的热点之一。
通过研究不同核素的结合能，可以更好地了解原子核内部的结构和相互作用，从而更好地探索核物理的奥秘。
2.原子核的结合能
二、原子核的结合能
原子核的结合能
结合能：自由核子结合成原子核时释放出的能量，或者 将原子核打散成为一个个的自由核子所吸收的能量。
其实结合能是个普遍存在的概念，比如一个电子与一个 质子结合为氢原子时放出13.6eV的能量；一个碳原子和一 个氧分子化合时放出4.1eV的能量，当然原子核的结合能大 得多。。
自然界中的四种相互作用力 作用力 作用的粒子 万有引力 所有物质 电磁力 带电粒子 强作用力 中子、质子等 弱作用力 中子、质子、电子
相对强度 1 1036 1038 1029
作用范围 无限 无限 10-15m 10-18m
二、原子核的结合能
3、原子核的结合能
在引入结合能之前我们先进行一个简单的数学计算，我 们算一下一个质子与一个中子加在一起的质量是不是等于 一个氘核的质量。
二、原子核的结合能 1、原子核的组成
中子质量：mn=1.008665u 质子质量：mp=1.007277u 电子质量：me=0.000557u u为原子的质量单位
二、原子核的结合能
2、四种相互作用力
1).万有引力；2).电磁力；3).强相互作用；4).弱相互作用
质子与中子统称为核子，强相互作用在这里就是指核力， 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于 0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失，距 离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。
原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它的结 合能与核子数之比，称作比结合能或平均结合能。比结合能 越大核子结合得越牢固，原子核越稳定。
原子核结合能
原子核结合能
原子核结合能是核物理中一个非常重要的概念，它是指原子核内部核子相互作用所释放出的能量。
这种能量来源于核子间的强相互作用力，是维持原子核稳定的关键因素之一。
在原子核中，质子和中子通过强相互作用力相互吸引形成原子核，而这种相互吸引的过程释放出能量，即结合能。
结合能的大小取决于原子核的构成，即核子的种类和数量。
一般来说，原子核中的质子和中子越多，结合能就越大，核子之间的结合越牢固。
结合能的概念最早由德国物理学家爱因斯坦和法国物理学家居里提出，他们通过研究放射性衰变和核反应等现象，揭示了原子核内部的能量转化过程。
在核反应中，核子脱离原子核或者合并成新的核素时，释放出的能量可以用来产生核能，用于发电或者其他应用。
核能是一种清洁高效的能源形式，被广泛应用于核电站和核武器等领域。
通过控制核反应过程，可以实现能量的释放和利用，同时也需要注意防止核反应失控导致核泄漏或者核爆炸等危险情况。
除了应用于能源和军事领域，原子核结合能还在天体物理学中扮演着重要角色。
例如，恒星的能量来源就是核反应释放的结合能，太阳等恒星通过核聚变反应将氢转变为氦释放能量，维持了恒星的稳定状态。
总的来说，原子核结合能是核物理研究的核心内容之一，它关乎原
子核的稳定性、能量转化和核反应等重要问题。
通过深入研究结合能的性质和应用，可以更好地理解原子核内部的微观世界，推动核能技术的发展，同时也有助于探索宇宙的奥秘，揭示宇宙的起源和演化。
希望未来能够通过不断的科学探索和技术创新，更好地利用原子核结合能这一宝贵资源，造福人类社会和整个地球环境。
原子核的结合能
结束语
面对煤和石油利用中产生的温室效应、环境污染等问题,世界 各国都对核能的发展给予极大兴趣，核能是一种清洁、安全、技 术成熟的能源,但是迄今为止,人类所利用的能量还只是很小的一部 分,如果人类在探索中能掌握新的方式,以产生更大的质量亏损,也就 必然能够获得更为可观的能量，
这个光荣而由艰巨的任务,就有同学们去完成了
932.80 MeV
练习2：已知1个质子的质量mp=1.007 277u,1个中子 的质量mn=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 由上述数值,计算2个质子和2个中子结合成氦核时释
放的能量，
28.30 MeV
三、核稳定程度的量度----
讨论与交流
比结合能
结合能越大原子核是不是越难被拆散 即结合能的大
3 意义：它反映了一个原子核稳定程度，平均结合能越 大,核越稳定，
4 规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性较 差;中等质量核的核子平均结合能较大,稳定性较好，
挑战自我
1、一下关于核力的说法正确的是 A、核力存在于任何核子之间 B、核力只存在于相邻的核子之间 C、核力与万有引力性质相同 D、核力是一种短程的强作用力
1.6 3 .51 1 01 19 01 136 0Me2 v.1M 9 ev
二、核能的计算---爱因斯坦的质能方程
Emc2
核能 质量亏损
计算结合能时,先计算 质量亏损Δm,在带入质
能方程求出结合能
计算任意核反应中释放 的核能,先计算质量亏 损Δm,在带入质能方程 求出核能，
练习1：原子质量单位1u=1.6606×-27kg，试证明,1 原子质量单位u相当于931.50 MeV的能量．光速 c=3×108m/s,1eV=1.6022×10-19J．
原子核的结合能怎么算
原子核的结合能计算方法
原子核的结合能是描述核内各个核子相互作用而保持在一起的能量。
在核物理学中，结合能的计算是十分重要的一个课题，它可以帮助我们更深入地理解核内的相互作用和核反应的机理。
1. 质子和中子的结合能
原子核是由质子和中子组成的，它们通过核力相互作用而结合在一起。
质子和中子在原子核中的结合能可以通过质子质量、中子质量以及核子结合能进行计算。
核子结合能是指将核子从无限远处引入原子核内所需的能量。
通常表示为每个核子所贡献的结合能值。
2. 质子和中子的结合能值
质子和中子在原子核中的结合能值不是固定不变的，它会受到核子间相互作用力和排斥力的影响而略有变化。
结合能值可以通过质子和中子的质量缺陷来计算，质量缺陷是指核子质量与结合在一起后核的质量之间的差值。
3. 质子和中子的质量缺陷计算
质子和中子在原子核中的结合能可以通过质量缺陷的计算来间接获得。
质量缺陷可以根据爱因斯坦的质能关系式E=mc^2计算得到，其中m为质量的差值，c 为光速。
结合能可以转化为质量缺陷，通过质能关系式进行相互转化。
4. 核子间排斥力的影响
除了核子的结合能外，核子间还存在排斥力的作用。
排斥力产生于质子之间的库伦相互作用力，这种排斥力会影响核子的结合状态。
核子的结合能计算中需要考虑排斥力的作用，以得到更准确的结合能值。
结论
原子核的结合能是核物理学研究的重要课题之一，它可以通过核子间相互作用力、结合能值和质量缺陷等因素进行计算。
对原子核结合能的准确理解有助于我们深入研究核物质的性质和核反应的机理，对核能的利用和应用具有重要意义。
20-2原子核的结合能__裂变和聚变
不易被克服；仅对于原子序数小的轻核才能
发生核聚变。
氢核的聚变
最重要的聚变过程之一是碳氮循环，其循 环结果是把四个质子结合成一个氮核：
p162 C173 N
13 7
N163 C
e
p163C174 N
p174 N185 O
15 8
O175
N
e
p
175N
162
C
4 2
H
e
这个过程中释放的能量约为26.7MeV
受控热核反应：如果在受控条件下，每次裂变平 均只有一个中子引起新的裂变，维持稳定的链式反 应，这就是核反应堆中的情况。
重核的裂变
原子弹： 利用铀、钚原子核的自持核裂变链式反
应原理制成的武器
自持核裂变链式反应：不需外界干预，自身可持续进 行的核裂变链式反应。
重核的裂变
原子弹爆炸
冲击波
光辐射
核电磁脉冲
§20-2 原子核的结合能 裂变和聚变
1.原子核的结合能
原子核既然是由质子和中子组成的，它的质量就 应等于所有质子和中子的质量之和：
mx=Zmp+(A-Z)mn 但实验测定的原子质量mx总是小于所有核子质量 之和，这一差值称为原子核的质量亏损：
m=Zmp+(A-Z)mn-mX
根据爱因斯坦质能关系，可得原子核的结合能：
原子核的结合能
爱因斯坦
E=(m)c2=[Zmp+(A-Z)mn-mX]c2
质子和中子组成核的过程中，有能量E 释放出来。反之，要使原子核再分解为 单个的质子和中子就必须吸收E的能量。
氘 E
质子
中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
原子核的结合能
第三章原子核的结合能
的液滴。
B BV BS BC Bsym Bp
❖ 体积能项
BV
V
4 R3
3
4
3
1
r0 A 3
3
BV aV A
❖ 表面能项
BS
S 4R 2
4
1
要使原子核再分解为单个的质子 和中子就必须吸收E的能量。
爱因斯坦
氘 E
质子 中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
原子核的结合能
质量亏损：核子结合成原子核以后的质量损失。
m Zmp mn mX
相应的能量值：
B mc2 Zmp Nmn mX c2
结合能：
r0 A 3
2
2
BS aS A 3
❖ 库仑能项
BC
aC
Z
2
A
1 3
❖ 对称能项
Bsym
asym
A 2
Z
2
A1
❖ 对能项
BC
a
p
A
1 2
1
0
1
偶偶核 奇A核 奇奇核
结合能的半经验公式
B
av A
2
as A3
ac
Z
2
A
1 3
asym(
Note: the liquid-drop always has a minimum for spherical shapes, deformed ground states are a consequence of shell corrections
第三章 第4节 原子核的结合能
第4节原子核的结合能一、原子核的结合能及计算1．结合能 核子结合成原子核所释放的能量，或者是原子核被拆分为各核子时克服核力所需做的功。
2．结合能的计算(1)质量亏损：核反应中，质量的减少量(Δm )。
(2)结合能计算公式：ΔE ＝Δmc 2。
二、比结合能曲线1．比结合能对某种原子核，平均每个核子的结合能，表达式为ΔE A ，其中ΔE 为原子核的结合能，A为总核子数。
2．比结合能意义 比结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，比结合能是原子核稳定程度的量度。
3．比结合能曲线(1)曲线：(如图)所示。
(2)曲线意义： ①曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的比结合能最大，核最稳定。
②重核和轻核比结合能小，即重核裂变时或轻核聚变时，要释放核能。
1．判断：(1)自然界中的原子核内，质子数与中子数都大约相等。
()(2)比结合能越大的原子核越稳定。
()(3)质量和能量之间可以相互转变。
()答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？提示：不对。
在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化。
1.结合能要把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量。
2．比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度。
3．比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示。
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小。
4．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。
原子核结合能
原子核结合能原子核结合能是指核反应中释放出的能量，也可以理解为将原子核组合在一起时所需要的能量。
这种能量来源于核力，即原子核内部的强相互作用力。
原子核结合能在核物理领域有着重要的应用，不仅可以用于核能利用，还可以解释一些天体物理现象，如恒星的能量来源和核聚变反应等。
我们来看一下原子核结合能的概念。
在核物理中，原子核是由质子和中子组成的。
质子和中子通过核力相互作用形成原子核，而这种相互作用会释放出能量。
这种能量的释放是由Einstein在20世纪早期的相对论理论基础上提出的质能关系E=mc^2所证明的。
原子核结合能的大小取决于原子核中包含的质子和中子的数量以及它们之间的相互作用力。
原子核结合能在核能利用中发挥着至关重要的作用。
核裂变和核聚变是两种核反应，都与原子核结合能有关。
在核裂变反应中，重核裂变成轻核释放出能量，这种能量可以用来发电或制造核武器。
而在核聚变反应中，轻核聚变成重核同样也会释放出能量，这种能量是太阳和恒星的主要能量来源。
通过利用原子核结合能，人类可以获得巨大的能量，推动科技的发展和人类社会的进步。
原子核结合能还可以解释一些天体物理现象。
例如，恒星的能量来源主要是核聚变反应。
在恒星内部，高温高压的环境使得质子和中子不断发生核聚变反应，释放出大量能量。
这种能量维持了恒星的亮度和温度，使其能够持续辐射能量和光线。
因此，原子核结合能不仅在地球上有着重要应用，也在宇宙中起着至关重要的作用。
总的来说，原子核结合能是核物理领域中的重要概念，它不仅可以用于核能利用，还可以解释一些天体物理现象。
通过研究原子核结合能，人类可以更好地利用能源资源，推动科技的发展，探索宇宙的奥秘。
相信随着科学技术的不断进步，原子核结合能将会发挥出越来越重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
原子核的结合能
在具体计算中所涉及的质量总是用核素原子的质量，
我们用大写字母M（Z，A）表示原子质量，
M (Z , A) = m(Z , A) + Zme − Be (Z ) / c2
其中Be（Z）是电荷数为Z的元素的电子结合能。由托马斯
一费米（Tomas一Fermi）原子模型 Be (Z ) = 15.73Z 7/3eV
92 238 238.050786
8.071 7.289 13.136 14.950 14.931 2.425 14.087 14.908 11.348 0 3.020 2.863 -4.737 -17.194 -60.604 40.916 47.307
3. 原子核的结合能 自由核子组成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。 它是原子核整体稳定性的度量.
17Ne: Sp= 1.479 MeV S2p = 0.943 MeV
Deal of Transfer
1.8￥ for one fish, 0.9￥ for
two fishes.
But I want to buy one by one!
6He:
S1n=1.867MeV; S2n=0.973 MeV; S1n+1n?
Δ(Z , A) ≡ [M (Z , A) − A]c2
用质量过剩计算能量变化时，就省去了单位之间的换算。
表2-3 一 些 核 素 的 原 子 质 量
元素符 Z A
M/u
号
Δ/MeV
n
0 1 1.008665
H
1 1 1.007825
1 2 2.014102
1 3 3.016049
He
23
3.016030
ΔM = ∑ M i − ∑ M f
《原子核的结合能》课件
2
α衰变、β衰变和γ衰变
各种衰变方式具有不同的特点和释放的粒子类型。α衰变放出α粒子，β衰变放出 β粒子，γ衰变放出γ射线。
3
质能守恒定律在衰变中的应用
质能守恒定律说明衰变过程中质能的守恒性，即总质能不受衰变影响。
能级结构
பைடு நூலகம்
原子核的能级结构
能级图的构建
原子核中存在不同的能级，这些 能级会影响原子核的性质和反应。
能级图以一种直观的方式显示原 子核中的能级分布和跃迁过程。
核素的分裂反应
核裂变是一类重要的反应，可以 释放大量能量，用于核能产生。
原子核的应用
核能应用
• 电力生产 • 放射性同位素检测 • 医学诊断和治疗
七十二碳靶计划
七十二碳靶计划是一项基础研 究计划，旨在探索新的元素和 核结构。
化学元素的合成与发 现
研究原子核可以帮助科学家合 成和发现新的化学元素。
总结
1 原子核结合能及稳定性
原子核的结合能决定了核的稳定性，影响着核的性质和反应。
2 原子核衰变及能级结构
原子核衰变是核自发变成更加稳定核的过程，能级结构决定了核的能量和跃迁。
3 原子核在应用中的重要性
原子核的应用广泛涉及能源、医疗和基础研究等领域。
《原子核的结合能》PPT 课件
原子核的结合能是研究核物理领域中重要的概念。结合能定义和影响因素、 核稳定性、原子核衰变、能级结构以及原子核的应用将在本课件中详细介绍。
什么是原子核结合能
定义
原子核结合能是维持原子核的稳定所需的能量，表示核内的质子和中子之间的相互作用力。
影响因素
核子数量、核子质量、核子结合方式等因素都会影响原子核的结合能。
原子核稳定性的判据
高斯计算结合能
高斯计算结合能高斯计算结合能，是指将两个原子核结合形成一个新的原子核时所释放出来的能量。
这个过程中，两个原子核会发生核聚变，释放出很大的能量。
高斯计算结合能在核能产生、核武器制造以及核聚变反应中都起着重要作用。
本文将详细介绍高斯计算结合能的概念、计算方法、应用以及对人类社会的指导意义。
高斯计算结合能是理论核物理的一个重要概念。
在自然界中，原子核由质子和中子组成，氦核即是由两个质子和两个中子组成。
当两个原子核接近到一定距离时，中间存在的核力会迅速增加，使得两个原子核内部的质子和中子之间发生强烈的相互作用，导致原子核结合成一个更重的原子核。
在这个过程中，有一部分质量被转化为能量，即高斯计算结合能。
高斯计算结合能的计算可以通过质量缺失的方式实现。
根据质能等效原理，质量和能量之间存在着严格的转化关系，E=mc^2。
通过测量聚变前后的质量差异，可以计算出结合能的大小。
实验表明，原子核结合能与核子数目有关，一般来说，结合能随着原子核的质量数目的增加而增加，直到达到铁（Fe）核附近达到峰值，之后随着质量数目的增加而减少。
高斯计算结合能在核能产生、核武器制造以及核聚变反应中具有重要意义。
核能产生是指通过核裂变或核聚变反应将原子核内的结合能转化为热能或电能。
核武器制造则是利用高斯计算结合能释放出来的巨大能量来实现爆炸性破坏。
核聚变反应是指将高斯计算结合能最大的氢同位素氘与氚聚变形成氦核时，释放出巨大能量。
高斯计算结合能对人类社会有着重要的指导意义。
首先，通过深入研究高斯计算结合能的性质，可以为核能产生提供更高效、可持续的能源解决方案，以满足人类对能源的需求。
其次，对于核武器制造来说，了解高斯计算结合能的释放机制可以引导国际社会建立和平安全的国际秩序，共同维护世界和平与稳定。
此外，对高斯计算结合能的研究也为核聚变反应的发展提供了理论基础，为实现清洁、高效能源的梦想提供了希望。
综上所述，高斯计算结合能在核物理领域中起着重要作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. 核力是短程力。约在 10-15m 量级时起作用，距离大于
0.8×10-15m 时为引力 , 距离为 10×10-15m 时核力几乎消失， 特 点 3. 核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作 用，这种性质称之为核力的饱和性。 4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与 核子电荷无关。（见书本P79图） 距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。
三、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．
例如：
1 0 2 1 1 2 n1 H 1 H 1 H 1 H 1 0 n
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． 注意：结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能 量，而是为把核子分开而需要的能量。
原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。
猜想：有第三种力--核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内， 形成稳定的原子核。
一、关于核力
核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力 （强相互作用，也叫强力）． 1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种 表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。
关于 “四种相互作用”
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙 的现状和未来。 2.电磁力：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。 电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限 远的距离，当然距离越远，力就越小 3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即 引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力 程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。 物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论 统一起来呢？
中等大小的核的比结合能 最大（平均每个核子的质 量亏损最大），这些核最 稳定。
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ΔE=Δm· c2 的单位问题 P82问题与练习 3. m用“u(原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
2. 试证明，1原子质量单位u相当于931.50
MeV的能量．
1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，
1eV=1.6022×10-19J．
质量差 = 0.0039×10－27Kg
爱因斯坦的质能方程：E＝mc2
质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。 核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，正表明 它们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
五、比结合能
自然，原子核越大，它的结合能越高。因此，有意义的是它 的结合能与核子数之比，称作比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牢固，原子核越稳定。
有关问题的理解和注意事项
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. 例如，2.19MeV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6.02×1023 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 393.5×103J．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。
核力与结合能
复习巩固
原子核
质子（带正电）
中子 思考：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？
猜想：万有引力？
理论验证：质子相互间距数量级是10-15m；质子质量数量级10-27kg
质子量电量数量级10-19kg；万有引力常量数量级10-11静电力常量数量级109
结论：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间 。
理想的质子数 和中子数相等 的稳定原子核
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。
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
质子数
核力是短程力，若超过其作用范围， 增加中子，原子核也不稳定，所以原 子序数越大越不稳定。
模型分析
宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近， 运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动 能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代 价－－失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予 它们这份能量。 微观模型：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开， 也需要能量，这就是原子核的结合能。 类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电 子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让 它得到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子 核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能 一词只用在原子核中。
二、 原子核中质子与中子 的比例
请同学们找出元素周期表，分析随着原子序数的增大，质子数 结论：自然界中较轻的原子核，质子数与中 与中子数有什么关系？
子数大致相等
中 子 数 实际存在 的原子核
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。 原因分析： 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
四、原子核结合能的计算 --- 质量亏损
例ห้องสมุดไป่ตู้：请计算一下方程左右的质量
1 0
n H H
1 1 2 1
中子的质量 =1.6749×10－27Kg 质子的质量 = 1.6726×10－27Kg
中子和质子的质量和 = 3.3475×10－27Kg
氘核的质量 = 3.3436×10－27Kg
质量亏损: