19.5 核力与结合能
合集下载
相关主题
- 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)。
当然，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．
力太小，只有库仑力的 10-36 。而
库仑力
mp
核力
万有 引力
通常原子核是稳定的,于是核内还
应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力。
万有 引力
核力
mp
库仑力
一、核力与四种基本相Байду номын сангаас作用：
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．
核力具有怎样的特点呢？
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的 一种表现。
第十九章 原子核
第五节 核力与结合能
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子 统称为核子．
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
核子靠什么力结合成原子核？ 原子核的半径约为10-15m , 只 相当原子半径的万分之一。在这 么小的空间里带正电的质子与质
子间的库仑斥力是很大，万有引
三、结合能
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。
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。
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。
四、质量亏损
1、例题： 中子的质量 =1.6749×10－27Kg
1 0
n H H
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 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。
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Δm， 正表明它们在互相结合过程中放出了能量 ΔE=Δm· c2
3、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;
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，距离小于0.8×10-15m时为斥力。
3. 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作用。 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。
国际单位: 常用单位: m用“kg” C用“m/s” ΔE用“J”
m用“u(原子质量单位)”
1u=1.660566×10-27kg
1uc2=931MeV
ΔE用“uc2”
(表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
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.
我们设想把质子与中子成对地放在一起， 人工构成原子核，它的质子数与中子数相等。 人工核核越来越大，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。
3.
235 92
U（原子量为 232.0372）衰变为 Th
228 90
（原子量为 228.0287）时，释放出 粒子 并求出衰变过程中释放 出多少能量？
（4 4.0026）。写出核反应方程， 2 He 的原子量为
某一数值时 某一数值时
相同
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
n H H
1 1 2 1
H H n
1 1 1 0
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．
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=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s， 1eV=1.6022×10-19J． 2、碳原子的质量是12.000 000 u，可以看做是由6 个氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求 核子结合成碳原子核时释放的能量．(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．)
要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组
成物——夸克的相互作用。
除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）
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，为 10－18m，作用强度则比电磁力小。
二、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？
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
1 1 2 1
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 质量差 = 0.0039×10－27Kg
四、质量亏损
1、例题： 2、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。
力太小，只有库仑力的 10-36 。而
库仑力
mp
核力
万有 引力
通常原子核是稳定的,于是核内还
应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力。
万有 引力
核力
mp
库仑力
一、核力与四种基本相Байду номын сангаас作用：
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．
核力具有怎样的特点呢？
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的 一种表现。
第十九章 原子核
第五节 核力与结合能
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子 统称为核子．
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
核子靠什么力结合成原子核？ 原子核的半径约为10-15m , 只 相当原子半径的万分之一。在这 么小的空间里带正电的质子与质
子间的库仑斥力是很大，万有引
三、结合能
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。
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。
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。
四、质量亏损
1、例题： 中子的质量 =1.6749×10－27Kg
1 0
n H H
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 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。
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Δm， 正表明它们在互相结合过程中放出了能量 ΔE=Δm· c2
3、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;
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，距离小于0.8×10-15m时为斥力。
3. 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作用。 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。
国际单位: 常用单位: m用“kg” C用“m/s” ΔE用“J”
m用“u(原子质量单位)”
1u=1.660566×10-27kg
1uc2=931MeV
ΔE用“uc2”
(表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
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.
我们设想把质子与中子成对地放在一起， 人工构成原子核，它的质子数与中子数相等。 人工核核越来越大，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。
3.
235 92
U（原子量为 232.0372）衰变为 Th
228 90
（原子量为 228.0287）时，释放出 粒子 并求出衰变过程中释放 出多少能量？
（4 4.0026）。写出核反应方程， 2 He 的原子量为
某一数值时 某一数值时
相同
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
n H H
1 1 2 1
H H n
1 1 1 0
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．
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=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s， 1eV=1.6022×10-19J． 2、碳原子的质量是12.000 000 u，可以看做是由6 个氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求 核子结合成碳原子核时释放的能量．(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．)
要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组
成物——夸克的相互作用。
除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）
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，为 10－18m，作用强度则比电磁力小。
二、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？
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
1 1 2 1
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 质量差 = 0.0039×10－27Kg
四、质量亏损
1、例题： 2、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。