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第五章 原子與原子核
第三節(jié) 核力與核反應(yīng)方程
如果一種元素具有放射性，那么不論它是以單質(zhì)的形式存在，還是以某種化合物的形式存在，放射性都不受影響，即放射性與元素所處的化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān)。
由于元素的化學(xué)性質(zhì)取決于原子核外的電子，
因此: 射線來(lái)源于原子核。原子核具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
原子核
對(duì)于核力與核反應(yīng)方程的研究歷程，就由此開(kāi)始。
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.掌握質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)和核子數(shù)間的關(guān)系；
2.知道核反應(yīng)及其遵從的規(guī)律，會(huì)正確書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程；
3.了解四種基本相互作用，知道核力的特點(diǎn)；
4.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損，并能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算
一、原子核的組成
1919年，盧瑟福用α粒子轟擊氮核時(shí)，發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子。
盧瑟福的學(xué)生查德威克用射線轟擊鈹時(shí)發(fā)現(xiàn)了中子。
質(zhì)子的符號(hào)：p
中子的符號(hào)：n
質(zhì)子的質(zhì)量：
中子的質(zhì)量：
經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：原子核由中子和質(zhì)子組成，中子與質(zhì)子的質(zhì)量幾乎相等；
組成原子核的之中子和質(zhì)子被統(tǒng)稱為核子；
原子核符號(hào)：
其中Z表示核電荷數(shù)，A表示質(zhì)量數(shù)，即相對(duì)原子質(zhì)量，原子的結(jié)構(gòu)得以總結(jié)如下：
原子
核外電子
原子核
質(zhì)子
中子
二、核反應(yīng)方程
核反應(yīng)：利用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的原子核，這個(gè)過(guò)程叫作核反應(yīng)。
反應(yīng)能：在核反應(yīng)過(guò)程中，原子核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)伴隨著能量的釋放和吸收，所放出或吸收的能量叫作反應(yīng)能。
用來(lái)表示核反應(yīng)過(guò)程的方程式叫作核反應(yīng)方程，核反應(yīng)方程通過(guò)數(shù)學(xué)手段，簡(jiǎn)潔優(yōu)美的向我們展示了核反應(yīng)的過(guò)程。
盧瑟福用α粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程：
在核反應(yīng)過(guò)程中，方程兩邊總的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒。
查德威克用α粒子轟擊鈹核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程：
注意：核反應(yīng)過(guò)程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號(hào)連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向。
思考：核反應(yīng)后原子核發(fā)生了什么變化? 有什么規(guī)律？
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)。
1.引力相互作用
三、核力及四種基本相互作用
2.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。
根據(jù)庫(kù)侖力的計(jì)算公式，質(zhì)子間存在著巨大的庫(kù)侖斥力，那為什么質(zhì)子沒(méi)有被排斥開(kāi)，反而還緊緊的結(jié)合在一起呢？
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(wàn)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。估算兩質(zhì)子間庫(kù)侖斥力與萬(wàn)有引力之比？
解：
結(jié)論：原子核中的質(zhì)子要靠自身的萬(wàn)有引力來(lái)抗衡相互間的庫(kù)侖斥力是不可能的。
再猜想：核子之間一定存在著第三種力，使核子能緊密的結(jié)合在一起。
分析論證：萬(wàn)有引力和庫(kù)侖力對(duì)比
猜想：核子間的萬(wàn)有引力使它們緊緊結(jié)合在一起？
科學(xué)家們通過(guò)對(duì)核子之間的作用力進(jìn)一步進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了核力的存在，有關(guān)核力的基礎(chǔ)知識(shí)如下：
（1）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。
核力是短程力。約在 10-15 m量級(jí)時(shí)起作用，
距離大于0.5×10-15 m時(shí)為引力, 距離為2×10-15m時(shí)核力幾乎消失，
距離小于0.5×10-15 m時(shí)為斥力(使核子不融合在一起)
核力具有飽和性。核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。
（2）核力的特點(diǎn)
3.強(qiáng)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。
p
n
n
p
p
n
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---質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。
4.弱相互作用
四、結(jié)合能
②將一個(gè)質(zhì)子和中子結(jié)合在一起，會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？
吸收能量
放出能量
提出問(wèn)題：①若要把核子分開(kāi)，需要什么條件？
因?yàn)樵雍耸呛俗討{借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開(kāi)或結(jié)合，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，結(jié)合能是指以下兩點(diǎn)：

將原子核拆分成單個(gè)核子需要吸收的能量。
將單個(gè)核子結(jié)合成原子核需要放出的能量。
反應(yīng)前質(zhì)量/kg
反應(yīng)后質(zhì)量/kg
mn
1.6749×10－27
m氘
3.3436×10－27
mp
1.6726×10－27
總質(zhì)量
總質(zhì)量
3.3436×10－27
3.3475 ×10－27
原子核的質(zhì)量總是小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。
中子與質(zhì)子結(jié)合成氘原子核
原子核的結(jié)合能很難直接測(cè)量。幸好，愛(ài)因斯坦已經(jīng)給我們指出了物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，即
E = mc2
質(zhì)子：mp=1.6726×10-27kg
中子：mn=1.6749×10-27kg
結(jié)合時(shí)的質(zhì)量差
→結(jié)合能
質(zhì)量變化時(shí)，表達(dá)式為：△E = △mc2
氘核：mD=3.343×10-27kg
思考：如果結(jié)合能越大，就說(shuō)明把原子核分開(kāi)，所需要的能量越大，是不是就意味著原子核越穩(wěn)定嗎？
→核子個(gè)數(shù)越多
→但不能說(shuō)明它穩(wěn)定
平均到每一個(gè)核子的結(jié)合能大小來(lái)反應(yīng)原子核的穩(wěn)定性。
→結(jié)合能越大
結(jié)合能
核子數(shù)
比結(jié)合能=
原子核越大
1．盧瑟福預(yù)言原子核內(nèi)除質(zhì)子外還有中子的事實(shí)依據(jù)是（ ）
A．電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等
B．原子核的質(zhì)量大于核內(nèi)質(zhì)子質(zhì)量
C．原子核的核電荷數(shù)只是原子數(shù)的一半或少一些
D．質(zhì)子和中子的質(zhì)量幾乎相等
B
2.(多選)天然放射性元素 (釷)經(jīng)過(guò)一系列α衰變和β衰變后，變成 (鉛)，以下說(shuō)法中正確的是( )
A.鉛核比釷核少8個(gè)質(zhì)子
B.鉛核比釷核少16個(gè)中子
C.共經(jīng)過(guò)4次α衰變和6次β衰變
D.共經(jīng)過(guò)6次α衰變和4次β衰變
ABD
3. 在某些恒星內(nèi)，3個(gè)α粒子結(jié)合成1個(gè)C原子，C原子的質(zhì)量是12.0000?u，He原子的質(zhì)量是4.0026?u。已知1?u=1.66×10?27kg，則下列描述錯(cuò)誤的是( )
A. 反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是0.0078?u
B. 反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是1.29×10?29kg
C. 反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是7.26?MeV
D. 反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是1.16×10?19J
?
D
核力與核反應(yīng)方程
原子核的組成
核方應(yīng)方程
結(jié)合能
結(jié)合能計(jì)算
比結(jié)合能
結(jié)合能
原子核表示方法
質(zhì)子和中子組成原子核
衰變本質(zhì)
規(guī)律
核力
四種基本相互作用

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