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第 五 章 原子核
第3節 核力與結合能
1.知道四種基本相互作用，知道核力的性質。
2.認識原子核的結合能和比結合能的概念。
3.能用質量虧損和質能方程計算核能相關的問題。
原子核是由中子和質子構成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？
①作用：原子核里的核子間存在相互作用的核力，它使得核子緊密地結合在一起，形成穩定的原子核
1.核力
②特點：核力是強相互作用（強力）的一種表現；核力是短程力，作用范圍只有約10-15 m；每個核子只跟鄰近的核子發生核力作用
知識點一：核力與四種基本相互作用

2.四種基本相互作用
①核力為短程力
②在原子核尺度內，核力遠大于庫侖力
③核力只存在于核子之間，每個核子只跟臨近的核子發生核力作用
引力相互作用
電磁相互作用
強相互作用
弱相互作用
3.核力特點
引力相互作用
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。
電磁相互作用
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。
彈力
強相互作用
原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結合在一起，形成穩定的原子核。
p
n
n
p
p
n
短程力：約在10-15 m量級時起作用
弱相互作用
在某些放射現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---質子轉變的原因。
短程力（弱相互作用）：約在10-18 m量級時起作用
知識點二：結合能
思考討論：如圖氦原子核是由兩個質子和兩個中子憑借核力結合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量。反過來，4個核子結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合放出的能量有什么關系?
核子結合成原子核時放出的能量，或原子核分解成核子時所吸收的能量，都叫做原子核的結合能.
1.結合能：
原子核的結合能與其核子數之比，稱為比結合能.
（1）比結合能越大，原子核越穩定.
2.比結合能：
（2）核子數較小的輕核和核子數較大的重核，比結合能都較小，中等核子數的原子核，比結合能較大，即這樣的原子核比較穩定.
（3）當比結合能較小的原子核轉化為比結合能較大的原子核時，就可釋放核能。
由圖可知，中等質量原子核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等質量的原子核小。
1.定義：組成原子核的核子的總質量與新原子核的質量只差，叫做核的質量虧損.
2.質能方程：原子核釋放能量時，要產生質量虧損.物體的能量與質量之間存在著密切的聯系，即
E=mc2
ΔE=Δmc2
或
知識點三：質量虧損
（3）在核反應中任然遵守能量守恒定律、質量守恒定律.
（4）質量是物體具有能量多少及能量轉變多少的一種量度.
（2）質量虧損并不是這部分質量消失或轉化為能量，只是靜止質量減少.
（1）物體的質量包括靜止的質量和運動的質量.質量虧損指的是靜止質量的減少，減少的靜止質量轉化為和輻射能量有關的運動質量.
3.說明：
4．質能方程與核能的計算
(1)對質能方程和質量虧損的理解
①質能方程
質能方程：愛因斯坦的相對論指出，物體的能量和質量之間存在著密切的聯系，其關系是E＝mc2。
②質量虧損
質量虧損，并不是質量消失，減少的質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。物體質量增加，則總能量隨之增加；質量減少，總能量也隨之減少，這時質能方程也寫為ΔE＝Δmc2。
(2)核能的計算方法
①根據質量虧損計算
a.根據核反應方程，計算核反應前后的質量虧損Δm。
b.根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳。
②利用原子質量單位u和電子伏特計算
根據1u≈931.5 MeV的能量，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV。
【例題】已知中子的質量mn為1.6749×10-27 kg，質子的質量mp為1.6726 × 10-27 kg，氘核的質量mD為3.343 6 × 10-27 kg，求氘核的比結合能。
單個的質子 與中子的質量之和為
這個數值與氘核質量之差
與這個質量差相對應的能量為
????p+????n=1.6726+1.6749×10?27kg=3.3475×10?27kg
?
?????=????p+????n?????D=3.3475+3.3436×10?27kg=3.90×10?30kg
?
?????=?????????2=3.90×10?30×3.00×1082J=3.51×10?13J
?
解：
在核物理中，能量單位常常使用電子伏特(eV)，即
所以，氘核的結合能是
氘核的比結合能為
1eV=1.60×10?19J
?
?????=3.51×10?131.60×10?19eV=2.19×106eV=2.19MeV
?
2.19MeV?2=1.10MeV
?
1.氦原子核由兩個質子與兩個中子組成,這兩個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力,則三種力從大到小的順序是 (　　)
A.核力、萬有引力、庫侖力 B.萬有引力、庫侖力、核力
C.庫侖力、核力、萬有引力 D.核力、庫侖力、萬有引力
D
2.(多選)關于原子核的結合能,下列說法正確的是 (　　)
A.原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能
C.銫原子核(55133Cs)的結合能小于鉛原子核(82208Pb)的結合能
D.比結合能越大,原子核越不穩定
?
ABC
3.在研究原子核的衰變過程中，發現鈾238發生衰變產生了新核釷234，其衰變方程為 ，下列判斷正確的是( )
A.該衰變類型為β衰變
B.衰變方程滿足質量數守恒，所以沒有質量虧損
C.鈾238的結合能大于釷234的結合能
D.鈾238的比結合能大于釷234的比結合能
C
4.取質子的質量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的質量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的質量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s。請計算α粒子的結合能。(計算結果保留兩位有效數字)
解析：組成α粒子的核子與α粒子的質量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα
結合能ΔE＝Δmc2
代入數據得ΔE＝4.3×10－12 J。
一 核力
二 結合能與比結合能
三 質量虧損：質能方程
定義
特點
比結合能越大，原子核越穩定
計算
質量虧損
核反應放出的能量

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