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1、第十九章第十九章第十九章第十九章 原原原原 子子子子 核核核核【选修【选修【选修【选修3-53-5】核力与结合能核力与结合能19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页 【思考】【思考】在原子核那样狭小（在原子核那样狭小（1010-15-15m m）的空间里，）的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页一、核力一、核力1 1、核力：、核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力（1 1）核力是）核力是强相互作用强相互作用（强力）的一种表现
2、。（强力）的一种表现。（2 2）核力是）核力是短程力短程力，作用范围在，作用范围在1.51.51010-15-15m m之内之内。 核力在大于核力在大于0.80.81010-15-15m m时表现为引力时表现为引力, , 且随距离的且随距离的增大而减小，超过增大而减小，超过1.51.51010-15-15m m，核力急剧下降几乎消，核力急剧下降几乎消失；在距离小于失；在距离小于0.80.81010-15-15m m时核力表现为斥力（核子时核力表现为斥力（核子不会融合在一起）。不会融合在一起）。（3 3）核力具有）核力具有饱和性饱和性。 每个核子每个核子只跟临近的核子只跟临近的核子发生核力作用，
3、且与核发生核力作用，且与核子子是否带电无关。是否带电无关。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页2 2、除核力外原子核内还存在、除核力外原子核内还存在弱相互作用弱相互作用（弱力）。（弱力）。（1 1）弱力是引起原子核）弱力是引起原子核衰变的原因衰变的原因，即引起中子质子，即引起中子质子 转变的原因。转变的原因。（2 2）弱相互作用也是）弱相互作用也是短程力短程力，力程比强力更短，为，力程比强力更短，为10101818m m， 作用强度则比电磁力小作用强度则比电磁力小。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页 （1 1）万有引力：）万有引力：万有引力主要在宏观和
4、宇宙尺度上万有引力主要在宏观和宇宙尺度上“独独领风骚领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，。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。决定了宇宙的现状和未来。（3 3）强相互作用：）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。在原子核内，强力将核子束缚在一起。 （2 2）电磁力：）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成原子，在原子核外，电磁力使电子结合成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是有引力都是“长程力长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，即它们可以作用到无限远的距
5、离，当然距离越远，力就越小当然距离越远，力就越小 （4 4）弱相互作用：）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰变的原因。衰变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10101818m m，作用，作用强度则比电磁力小。强度则比电磁力小。3 3、核力与四种相互作用、核力与四种相互作用19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例 自然界中较轻的原自然界中较轻的原子核，质子数与中子数子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于
6、的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，质子数，越重的元素，两者相差越多。两者相差越多。质子数质子数中中子子数数理想中的质子理想中的质子数和中子数相数和中子数相等的原子核等的原子核实际存在实际存在的原子核的原子核19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页 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
7、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，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。核里，中子数要比质子数多。 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些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，这时即使再增核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时
8、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，只有很快就瓦解了，只有200200多种稳定的原子核长久地留了下来。多种稳定的原子核长久地留了下来。 19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页 由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核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。或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化。 当核子结合成原
9、子核时要放出一定的能量；原子核分解当核子结合成原子核时要放出一定的能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。成核子时，要吸收同样的能量。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页三、结合能三、结合能1 1、结合能、结合能: :原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分 开，需要能量，这就是原子核的结合能。开，需要能量，这就是原子核的结合能。 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量，而是为把核子分开而需要需要的能量。的能量。2 2、比结合能、比结合能: :结合能与核子数之比
10、，称做为结合能与核子数之比，称做为比结合能比结合能，也叫，也叫 平均结合能平均结合能。 比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，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。原子核越稳定。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页四、质量亏损四、质量亏损1 1、爱因斯坦质能方程：、爱因斯坦质能方程：2 2、质量亏损：、质量亏损：（1 1）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之 和，这个现象叫做和，这个现象叫做质量亏损质量亏损。（2 2）意义：质量亏损表明的确存在原子核的结合能。）意义：质量亏损表明的确存在原子
11、核的结合能。演示演示1 119.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页（3 3）规律：）规律：演示演示2 2 中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏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。损最大），这些核最稳定。中等大小的核的核子平均质量中等大小的核的核子平均质量最最小。小。演示演示3 3 把较重的核分裂成中等大小的核，或者把较重的核分裂成中等大小的核，或者把较轻的核合把较轻的核合并成并成中等大小的核，都会发生质量亏损，释放能量。中等大小的核，都会发生质量亏损，释放能量。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页（4 4）对
12、质量亏损的理解：）对质量亏损的理解： 核反应过程中核反应过程中, ,发生质量亏损时发生质量亏损时, ,核子个数不变核子个数不变( (即质量即质量 数守恒数守恒),),实质是核子的平均质量减小。实质是核子的平均质量减小。 物体的质量包括静止质量和运动质量，物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损并非质质量亏损并非质 量消失，也不是减少的质量转变成了能量量消失，也不是减少的质量转变成了能量, ,而是减少的质而是减少的质 量（量（mm）以能量形式辐射）以能量形式辐射( (具有运动质量具有运动质量),),因此质量仍然因此质量仍然 守恒。守恒。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能下一页上一页 【例】碳原子质量的【例】碳原子质量的1/121/12叫做原子质量单位，用叫做原子质量单位，用u u表示，表示，1u=1.6606101u=1.660610-27-27kgkg。请根据爱因斯坦质能方。请根据爱因斯坦质能方程证明：程证明：1u1u相当于相当于931.5MeV931.5MeV。19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能返返 回回19.5 19.5 核力与结合能核力与结合能核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系核子平均质量核子平均质量0原子序数原子序数Z返返 回回
