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？
猜想：難道是萬有引力？
質(zhì)子相互間距r的數(shù)量級(jí)為10-15m；質(zhì)子質(zhì)量m的數(shù)量級(jí)為10-27kg，質(zhì)子電量e的數(shù)量級(jí)為10-19C；萬有引力常量G的數(shù)量級(jí)為10-11，靜電力常量k的數(shù)量級(jí)為109。估算庫侖力與萬有引力之比？
原子核中的質(zhì)子要靠自身的萬有引力來抗衡相互間的庫侖力是不可能的。
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。
是核力把核子束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。
核力與四種基本相互作用
定義：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。
⑵核力是短程力。約在10-15m 數(shù)量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力, 距離為1.5×10-15m 時(shí)核力幾乎消失，距離小于 0.8×10-15m 時(shí)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起。
⑴核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。在原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多（比庫侖力強(qiáng)137倍）。
⑶核力與電荷無關(guān)。（核力與核子電荷無關(guān)）
⑷核力具有飽和性。每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱之為核力的飽和性。
引力是自然界的一種基本相互作用，地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現(xiàn)。
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。
原子核中的核子之間存在一種很強(qiáng)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。
短程力：約在10-15m量級(jí)時(shí)起作用
在某些放射現(xiàn)象中起作用的另一種基本相互作用
弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子一質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。
短程力：約在10-18m量級(jí)時(shí)起作用
電荷間、電流間、磁體間
組成原子核的核子之間
距離增大時(shí)，急劇減小
距離增大時(shí)，急劇減小，比強(qiáng)相互作用小得多
3、四種基本相互作用的對(duì)比
引起原子核β衰變的原因
【例題1】 (多選)下列說法正確的是(　　 )A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發(fā)生B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核,但又不會(huì)融合在一起C.質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子之間都可能有核力D.核力是一種弱相互作用力,在其作用范圍內(nèi),核力比庫侖力大得多
核力作用的范圍在10-15 m區(qū)域內(nèi)，只在鄰近核子間發(fā)生，是短程力，A正確；核力可能表現(xiàn)為引力，也可能表現(xiàn)為斥，B正確；核力是核子之間的強(qiáng)相互作用力，C正確；核力是一種強(qiáng)相互作用力，D錯(cuò)誤。
相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體，由于萬有引力而相互接近，運(yùn)動(dòng)速度越來越大，引力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。最后撞在一起，一部分動(dòng)能變成熱并散失掉了。兩個(gè)物體為了結(jié)合而付出了代價(jià)——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。
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。
如圖5.3-3，氦原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)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(gè)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？
γ為光子，其能量ε≥27.386MeV，反應(yīng)才能發(fā)生
γ為光子，其能量ε＝27.386MeV
把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量相等。
原子核分解成核子時(shí)所吸收的能量。
吸收27.386MeV
也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量
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(gè)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。
原子核的結(jié)合能＝核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。
★★3、比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系：(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。(3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就可能釋放核能。例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。
(1)結(jié)合能大的原子核，比結(jié)合能不一定大，結(jié)合能小的原子核，比結(jié)合能不一定小。(2)核的大小與原子核穩(wěn)定的關(guān)系方面：中等大小核的比結(jié)合能最大、原子核最穩(wěn)定?！?br/> 核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量。這個(gè)能量有多大？我們可能計(jì)算出來嗎？
原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。
（組成原子核的核子的質(zhì)量之和與原子核的質(zhì)量之差）
(3)質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個(gè)數(shù)是不變的。
(2)在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒。
質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?。物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。
物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是：
核子在結(jié)合成原子核時(shí)要放出能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，大小為：
物體質(zhì)量，隨著能量的變化，會(huì)發(fā)生變化。
2、愛因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2 （ΔE＝Δmc2）
（1）質(zhì)量不是能量、能量也不是質(zhì)量，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化能量，能量也不能轉(zhuǎn)化質(zhì)量，質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。 （2）核反應(yīng)過程中，質(zhì)量虧損時(shí)，核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒),可理解為組成原子核后，核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些。 （3） 質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量?m以能量形式輻射出去了，因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。
3、核反應(yīng)過程中: 核子結(jié)合成原子核時(shí),新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時(shí)以?光子形式釋放核能; 原子核分解為核子時(shí),需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量。
4、質(zhì)能方程ΔE= ?mc2 常用單位: （1） ?m用“u(原子質(zhì)量單位)” 1u=1.660566×10-27kg （2）ΔE用“uc2” 1uc2=931.5MeV（931.5兆電子伏） (表示1u 的質(zhì)量變化相當(dāng)于931.5MeV的能量改變)
(3)質(zhì)能方程的本質(zhì)：①質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一，決不能把物質(zhì)和它們的某一屬性(質(zhì)量和能量)等同起來；②質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個(gè)量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化；③質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律。根據(jù)愛因斯坦的相對(duì)論，輻射出的γ光子靜質(zhì)量雖然為零，但它有動(dòng)質(zhì)量，而且這個(gè)動(dòng)質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立。
(1)質(zhì)能方程說明，一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。具體地說，一定質(zhì)量的物體 所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量之積，這里所說的總能量，不是 單指物體的動(dòng)能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。
5、對(duì)質(zhì)能方程E＝mc2的理解
(2)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加； 質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2。
【例題】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，求氘核的比結(jié)合能.
單個(gè)質(zhì)子和單個(gè)中子的質(zhì)量和為
＝mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg
這個(gè)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(gè)質(zhì)量差相對(duì)應(yīng)的能量為
ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J
核物理中，能量單位常使用電子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以結(jié)合能是
中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。
從圖象上看，哪一種原子的比結(jié)合能更大？
鐵（Fe）原子的比結(jié)合能最大
鐵（Fe）原子比較穩(wěn)定
核子結(jié)合成鐵原子核或鐵附近的原子核時(shí)，每個(gè)核子平均放出的能量大
兩個(gè)比鐵輕的原子核結(jié)合時(shí)，或比鐵重的重核分裂時(shí)，都要放出能量
原子的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化
6、原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）
比結(jié)合能最高的是鎳-62。只不過鎳-62最終也會(huì)衰變成鐵元素，所以我們會(huì)習(xí)慣性地認(rèn)為鐵元素的比結(jié)合能最高。
7、原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）
使較重的核分裂成中等大小的核，比結(jié)合能會(huì)增加，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放結(jié)合能。
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，核子的比結(jié)合能都會(huì)增加，即核子將發(fā)生新的質(zhì)量虧損，釋放新的結(jié)合能。這些能量豈不是可以供人使用?
【例題】下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中,正確的有(　　)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
核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)正確。
『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(qiáng)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。(　　)
×　√　×　√　√　×　
【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??；⑶若核反應(yīng)過程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為α粒子和氚核的動(dòng)能，求出質(zhì)量虧損。
2、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
3、(多選)對(duì)結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識(shí)，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(shí)，可能吸收能量C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定
5、(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列判斷正確的有(　　)
A.核的結(jié)合能約為14 MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C.兩個(gè)H核結(jié)合成He核時(shí)釋放能量D.92U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大

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3 核力與結(jié)合能

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