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5 核力与结合能 原子核 质子（带正电） 中子 (不带电) 猜想：万有引力？ 理论验证：质子间距数量级为10-15m；质子质量数量级为10-27kg；质子电量数量级为10-19kg；万有引力常量数量级为10-11；静电力常量数量级109。 结论：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36 倍之间 。万有引力无法抗衡库仑力。 猜想：有第三种力存在，是这种力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。 思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的 质子为什么能够挤在一起而不散开？ ·能够把原子核中的各种核子联系在一起的强大 的力，叫做核力。 一、核力 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；距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起；距离为10×10-15m时核力几乎消失。 1.核力是四种相互作用中的强相互作用的一种 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，即每个核子只跟相邻的核子 发生核力作用。 特 点 4. 核力与电荷无关，它存在于质子、质子间， 中子、中子间，质子、中子间。 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。 二、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。 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核?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。 ·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，距离越远，力就越小。 质子数 中子数 理想的质子数和中子数相等的稳定原子核 实际存在的原子核 三、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。 原因分析： ·核越大，有些核子间的距离增大，库仑力与核力均减少，但核力减少得更快。当核子间距离增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡库仑斥力，原子核就会不稳定。若只增加中子，中子与其它核子无库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。所以稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。 宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价?失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。 微观模型：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。 四、结合能 类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中。 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。 ·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，而是核子结合成原子核时所放出的能量， 或是把核子分开时所需要的能量。 质量差 = 0.0039×10?27Kg 五、质量亏损 ·爱因斯坦的质能方程：E＝mc2 ·质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。 ·核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，表明核子在互相结合过程中放出了能量：ΔE=Δm·c2 中子的质量 =1.6749×10?27Kg ；质子的质量 = 1.6726×10?27Kg ； 氘核的质量 = 3.3436×10?27Kg 。 中子和质子的质量和 = 3.3475×10?27Kg ·原子核越大，它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称作比结合能，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。 六、比结合能 ·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）。 ①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；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。 ②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。 ③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