問題1：什么是核力？為什么核子之間一定存在核力？答：原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子。我們把核子之間的作用力稱為核力。實驗表明原子核密度的數(shù)量級約為1014g/cm3，所以組成原子核的核子是非常緊密到結(jié)合在一起的。質(zhì)子和中子的質(zhì)量很小，因此核子組成原子核時，萬有引力的作用完全可以忽略。質(zhì)子帶正電，中子不帶電，質(zhì)子之間存在相互排斥的庫侖力，而原子核具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)表明一定存在另外一種作用力讓核子緊密結(jié)合在一起，這就是核力。問題2：關(guān)于核力，我們已經(jīng)了解到了哪些性質(zhì)？（高中階段不做要求，僅為學(xué)有余力的同學(xué)拓展知識邊界。）答：依據(jù)大量實驗事實，我們已經(jīng)了解到核力具有如下性質(zhì)：①核力是短程力。核力與液體中分子間的作用力類似，只作用于相鄰的核子。核力的作用距離（又稱力程）≤10-14m，在此距離外，核力可認(rèn)為是0。②核力是強相互作用。當(dāng)核子的距離約為10-14m時，庫侖斥力與距離的平方成反比，但核子還能緊密結(jié)合在一起說明核力一定大于斥力。核力的大小約為庫侖力的100倍。③核力與電荷無關(guān)：質(zhì)子與質(zhì)子之間的核力等于中子與中子之間的核力，等于質(zhì)子與中子之間的核力，即：Fpp=Fnn=Fnp（p表示質(zhì)子，n表示中子）④核力在極短程內(nèi)存在斥力。實驗表明：與分子力類似，當(dāng)核子間距離小于0.8fm（（1fm=10-15m）時，核力表現(xiàn)為斥力；核子間距離在0.8fm～2fm時，表現(xiàn)為引力；當(dāng)距離大于10fm時，核力完全消失。⑤核力具有飽和性。核的結(jié)合能近似與核子數(shù)成正比。（結(jié)合能的概念在問題4中介紹。）⑥核力與核的自旋有關(guān)。宇宙中的天體不僅存在公轉(zhuǎn)，還存在自轉(zhuǎn)，比如地球在繞太陽公轉(zhuǎn)的同時也在自轉(zhuǎn)。而微觀世界中的粒子，也有與此類似的性質(zhì)，我們稱之為自旋。自旋是微觀粒子與生俱來的量子屬性。組成原子核的核子也具有自旋，實驗表明，核力的大小與核的自旋有關(guān)。人們對于核子間距離大于2fm的核力，認(rèn)識非常清楚；對于0.8fm～2fm的核力，只有一定的認(rèn)識；對于小于0.8fm的核力，認(rèn)識非常不足。問題3：如何理解自然界中的四種相互作用？（此問題高中階段要求不高，同樣僅為學(xué)有余力的同學(xué)拓展知識邊界。）答：現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為，自然界存在著四種基本相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。引力是自然界的一種基本相互作用，重力是引力在天體表面附近的一種表現(xiàn)；宏觀物體之間的彈力、摩擦力，分子間的作用力，水的表面張力等都起源于電荷之間的電磁相互作用；核子之間的核力是一種強度很大、力程很短的相互作用，被稱為強相互作用；天然放射現(xiàn)象中引起β衰變的一種強度很小、力程更短的相互作用，被稱為弱相互作用。通過下面的表格可以進一步了解自然界的這四種相互作用。問題4：什么是結(jié)合能？為什么核子結(jié)合成原子核時會釋放出能量？答：核子結(jié)合成原子核時釋放出的能量被稱為結(jié)合能。使核子結(jié)合成原子核的力為核力，當(dāng)核子間的距離進入核力的作用距離時，核力會使核子加速運動彼此靠近，這一過程類似宏觀物體的碰撞過程。核子微觀上類似“碰撞”的過程會使核子的動能發(fā)生損失，所有核子損失動能的總和就等于原子核的結(jié)合能?？上攵?，如果要將已經(jīng)形成的原子核拆分為一個一個的核子同樣需要消耗能量，這個能量最小也要等于原子核的結(jié)合能。問題5：如何計算原子核的結(jié)合能？答：愛因斯坦在狹義相對論指出，物體的質(zhì)量是它所含能量的量度，質(zhì)量和能量之間具有以下關(guān)系：E=mc2上述關(guān)系被稱為質(zhì)能方程，這一關(guān)系的實驗驗證由劍橋大學(xué)的兩位物理學(xué)家考克饒夫和瓦爾頓利用高壓倍加器在20世紀(jì)30年代完成。任何一個原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量之和，這一差值稱為質(zhì)量虧損（massdefect），用Δm表示，核子結(jié)合成原子核時釋放出的結(jié)合能可以用如下方程進行計算：ΔE

=Δmc2原子核物理學(xué)中，結(jié)合能常用兆電子伏（MeV）表示，根據(jù)質(zhì)能方程可知1個原子質(zhì)量單位（1u=

1.66054×10-27kg）的比結(jié)合能為931.5Mev。問題6：什么是比結(jié)合能？什么是比結(jié)合能曲線？答：根據(jù)上述利用質(zhì)量虧損計算原子核結(jié)合能的關(guān)系可知，核子結(jié)合成原子核時，每個核子釋放的能量越多，到達的能量狀態(tài)就越低，形成的原子核就越穩(wěn)定。我們把每個核子結(jié)合成原子核時釋放能量的平均值稱為比結(jié)合能，又稱為平均結(jié)合能。如圖所示為不同原子核的平均結(jié)合能曲線。觀察上述曲線可以發(fā)現(xiàn)，曲線中間高兩頭低，中等質(zhì)量的原子核(A=40~120)的比結(jié)合能較大，質(zhì)量較大的重核(A>120)和質(zhì)量較小的輕核(<40)比結(jié)合能都較小，且輕核的比結(jié)合能曲線還有較大起伏。所以質(zhì)量較大的重核分成幾個中等質(zhì)量的原子核時會放出