第五章原子核5.3核力與結(jié)合能

原子核是由中子和質(zhì)子構(gòu)成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？新課導(dǎo)入F庫中子

質(zhì)子質(zhì)子相互間距r的數(shù)量級為10-15m；質(zhì)子質(zhì)量m的數(shù)量級為10-27kg，質(zhì)子電量e的數(shù)量級為10-19C；萬有引力常量G的數(shù)量級為10-11，靜電力常量k的數(shù)量級為109。估算庫侖力與萬有引力之比？原子核中的質(zhì)子不可能靠自身的萬有引力來抗衡相互間的庫侖力。在核子之間一定存在著第三種力，把核子束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。第三種力——核力是核力把核子束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。01核力與四種基本相互作用原子核定義：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力。核力的特點：⑵短程力：約在10-15m數(shù)量級時起作用，距離大于0.8×10-15m時為引力,距離小于0.8×10-15m時為斥力，距離為1.5×10-15m時核力幾乎消失，因此核子相互靠近但又不會融合在一起。⑴強力：核力是四種基本相互作用中的強相互作用（在原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多，是庫侖力的上百倍）。

⑶電荷無關(guān)性：相鄰的質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子與中子間都有核力。⑷飽和性：每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用。1、核力：（1）引力相互作用萬有引力是自然界的一種基本相互作用，主要在宏觀尺度上發(fā)揮作用。2、四種基本相互作用（2）電磁相互作用電荷間與磁體間的相互作用

宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等等，都起源于這些電荷之間的電磁相互作用。彈力（3）強相互作用

原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。pnnppn（4）弱相互作用弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子→質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。短程力：約在10-18m量級時起作用。1967年，美國物理學(xué)家溫伯格和巴基斯坦物理學(xué)家薩拉姆在美國物理學(xué)家格拉肖前期工作的基礎(chǔ)上提出了電弱統(tǒng)一理論，把電磁相互作用和弱相互作用統(tǒng)一成了一種相互作用。他們?nèi)艘虼双@得了1979年的諾貝爾物理學(xué)獎。能否將這四種相互作用統(tǒng)一起來呢？02結(jié)合能原子核

相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉(zhuǎn)化為動能。最后撞在一起，一部分動能變成熱并散失掉了。兩個物體為了結(jié)合而付出了代價——失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們能量。宏觀現(xiàn)象：

要使基態(tài)氫原子電離，也就是要從氫原子中把電子剝離，需要通過碰撞、施加電場、讓氫原子吸收光子等途徑使它得到相應(yīng)的能量。微觀現(xiàn)象：如圖，氦原子核是由兩個質(zhì)子和兩個中子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量。反過來，4個核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量有什么關(guān)系？

把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量相等。分開氦原子核核子結(jié)合成氦原子核思考與討論1、結(jié)合能：原子核分解成核子時所吸收的能量，也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量。吸收27.386MeV

吸收2.2MeV

組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能越高。因此，有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比。2、比結(jié)合能（平均結(jié)合能）：意義：它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。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。03核能計算原子核中子的質(zhì)量=1.6749×10－27Kg質(zhì)子的質(zhì)量=1.6726×10－27Kg氘核的質(zhì)量=3.3436×10－27Kg質(zhì)量和=3.3475×10－27Kg愛因斯坦的質(zhì)能方程：E＝mc2釋放的核能：ΔE＝Δmc2【例題】中子和質(zhì)子結(jié)合為氘核，已知中子的質(zhì)量是mn=1.6749×10-27kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的質(zhì)量是mD=3.3436×10-27kg，求該核反應(yīng)過程釋放出的核能？單個質(zhì)子和單個中子的質(zhì)量和為＝mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg這個數(shù)值與氘核質(zhì)量之差Δm＝（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg與這個質(zhì)量差相對應(yīng)的能量為ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J

氘核的比結(jié)合能？

核物理中，能量單位常使用電子伏特：1eV=1.60×10-19J氘核的結(jié)合能？

總結(jié)：計算核能的方法：

釋放能量：總質(zhì)量減少，總結(jié)核能增加；吸收能量：總質(zhì)量增加，總結(jié)合能減少。從圖象上看，哪一種原子的比結(jié)合能最大？鐵（Fe）原子的比結(jié)合能最大鐵（Fe）原子比較穩(wěn)定原子的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化曲線原子核的比結(jié)合能與平均核子質(zhì)量的關(guān)系平均核子質(zhì)量比結(jié)合能z中等大小的核的比結(jié)合能大（核子結(jié)合為原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損大），這些核的平均核子質(zhì)量小。

總結(jié)：計算核能的方法：

釋放能量：總質(zhì)量減少，總結(jié)核能增加；吸收能量：總質(zhì)量增加，總結(jié)合能減少。原子核的比結(jié)合能與平均核子質(zhì)量的關(guān)系平均核子質(zhì)量比結(jié)合能z中等大小的核的比結(jié)合能大（核子結(jié)合為原子核時，平均每個核子的質(zhì)量虧損大），這些核的平均核子質(zhì)量小。如果使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，核子都將發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放出能量。獲取核能有哪些方法？輕核聚變重核裂變C比結(jié)合能圖像的綜合應(yīng)用：04典例分析原子核『判一判』(1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬有引力聚在一起的。 (

)(2)核力是強相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大多得。 (

)(3)在原子核的組成中，質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)。 (

)(4)原子核大到一定程度，原子核就不穩(wěn)定了。 (

)(5)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越高。 (

)(6)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子越穩(wěn)定。 (

)×

√

×

√

√

×

解析：A【例題】用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核(Li)，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子。生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與α粒子的速度之比為7∶8，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看成m，光速為c。⑴寫出核反應(yīng)方程；⑵求氚核和α粒子的速度大?。虎侨艉朔磻?yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動能，求出質(zhì)量虧損。解析：

C2、下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法正確的是(

)A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大D小試牛刀3、(多選)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認識，下列正確的是(

)A.一切原子核均具有結(jié)合能B.自由核子結(jié)合為原子核時，可能吸收能量C.結(jié)合能