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§19.5 核力与结合能 一、核力与四种基本相互作用 ①20世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用， 相同的距离上，两质子间的电磁力是万有引力的多少倍？ 质子间的电磁力是万有引力的1035倍 ②是什么作用使质子在原子核内共存？这种作用力有哪些特点？ 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、核力与四种基本相互作用 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，因此核子不会融合在一起。 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。 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。 特 点 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 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。 四种相互作用 3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 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 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。 一、核力与四种基本相互作用 当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生 一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量 核能的来源---- 原子核的结合能 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。 三、结合能 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。 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。 ③结合能的大小与什么因素有关？ 组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。 结合能越大原子核是不是越难被拆散？ 即结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？ U-235 Li-6 核稳定程度的量度---- 比结合能 不同的核结合能不同，如何才能反 映原子核的稳定程度？ 1）概念：原子核的结合能与核子数之比 2）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。 比结合能： 结合能 核子数 = 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。 核稳定程度的量度---- 比结合能 四、核能的计算-------质能方程 物体的质量和能量有何关系？ 若一个物体质量减小了△m，那么它的能量减小多少？ 爱因斯坦的质能方程：E＝mc2， ΔE=Δm·c2 质量亏损，并不是质量消失 减少的能量在核子结合成原子核的过程中以能量的形式辐射了出去 例：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？ 能量减小了多少？ 氘核的结合能是多少？ 比结合能是多少？ 质量减小量: △m=( mp+ mn)- mD=0.0039×10-27kg； 能量减小量: △E=△m c2=3.51×10-13J=2.19×106eV； 结合能:△E=△m c2=2.19MeV； 比结合能为:△E/n=△E/2=1.10MeV 。 若要释放结合能，我们可以怎么做？为什么？ 使较重的核分裂成中等大小的核 把较小的核合并成中等质量的核； 因为使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，即核子将发生新的质量亏损，释放新的核能。