二、四种相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“ 1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领 万有引力 风骚” 是引力使行星绕恒星转动， 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。 系团，决定了宇宙的现状和未来。 2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子， 2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子， 电磁力 使分子结合成液体与固体。 使分子结合成液体与固体。 ·电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以 电磁力和万有引力都是“长程力” 作用到无限远的距离，距离越远，力就越小。 作用到无限远的距离，距离越远，力就越小。 3.强相互作用：在原子核内， 3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在 强相互作用 一起。 一起。 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β 弱相互作用 即引起中子－质子转变的原因。 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， 短程力，其力程比强力更短，为10−18m，作用强度则 ， 比电磁力小。 比电磁力小。
五、质量亏损
1 0
n +1 H → 2 H + γ 1 1
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 × 质量差 = 0.0039×10−27Kg ×
六、比结合能
·原子核越大，它的结合能越高。因此，有意义的是 原子核越大，它的结合能越高。因此， 它的结合能与核子数之比，称作比结合能 也叫平均 比结合能， 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， 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。 牢固，原子核越稳定。
∆m =
a
( a − 4) c 2
练习、已知一个中子的质量为 练习、已知一个中子的质量为mn，一个质子的 质量为m 一个α粒子的质量为m 质量为 P ，一个α粒子的质量为 α，求由质子 和中子结合成一个α粒子时所释放的能量。 和中子结合成一个α粒子时所释放的能量。 ∆E = [ 2（mn+mP) −mα ] c2 上题中，若是一个α粒子分解成核子， 上题中，若是一个α粒子分解成核子，是释放能量 还是吸收能量？释放（或吸收）的能量表达式如何？ 还是吸收能量？释放（或吸收）的能量表达式如何？ 吸收能量，吸收的能量表达式为 吸收的能量表达式为： 吸收能量 吸收的能量表达式为：
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合 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， 分解为核子时 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。 能量变化。 1 1 2
0
n +1 H → 1 H + γ
1 0 1 1
2 1
H + γ→ n + H
·当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子 当核子结合成原子核时要放出一定能量； 核分解成核子时，要吸收同样的能量。 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。 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 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 由于核子结合成原子核而 而是核子结合成原子核时所放出的能量， 核子结合成原子核时所放出的能量 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 需要的能量。 是把核子分开时所需要的能量。
5 核力与结合能
原子核
质子（带正电） 质子（带正电） 不带电) 中子 (不带电)
思考：在原子核那样狭小的空间里， 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？ 质子为什么能够挤在一起而不散开？ 猜想：万有引力？ 猜想：万有引力？ 理论验证：质子间距数量级为10 理论验证：质子间距数量级为 -15m；质子质量数量级 ； 为10-27kg；质子电量数量级为 -19kg；万有引力常量数 ；质子电量数量级为10 ； 量级为10 静电力常量数量级10 量级为 -11；静电力常量数量级 9。 结论： 万有引力太小， 只有库仑力的10 结论 ： 万有引力太小 ， 只有库仑力的 -35 到 10-36 倍之间 。万有引力无法抗衡库仑力。 万有引力无法抗衡库仑力。 猜想：有第三种力存在， 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。 在核内，形成稳定的原子核。
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 自然界中较轻的原子核， 相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数， 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。 中 越重的元素，两者相差越多。 子 原因分析： 原因分析： 数
·核越大，有些核子间的距离增大， 核越大，有些核子间的距离增大， 库仑力与核力均减少， 库仑力与核力均减少，但核力减少 实际存在的 得更快。当核子间距离增大到一定 得更快。 原子核 程度时， 程度时，相距较远的质子间的核力 不足以平衡库仑斥力， 不足以平衡库仑斥力，原子核就会 不稳定。若只增加中子， 不稳定。若只增加中子，中子与其 理想的质子数 它核子无库仑斥力， 它核子无库仑斥力，但有相互吸引 和中子数相等 的核力，有助于维系原子核的稳定。 的核力，有助于维系原子核的稳定。 的稳定原子核 所以稳定的重原子核里， 所以稳定的重原子核里，中子数要 比质子数多。 质子数 比质子数多。
Th 例题1、 例题 、 原子量为228.0287）时，释放出α粒子 释放出α （原子量为 ） 4 的原子量为4.0026）。写出衰变方程， ）。写出衰变方程 （ 2 He 的原子量为 ）。写出衰变方程， 并且计算衰变过程中释放的能量。 并且计算衰变过程中释放的能量。
238 92
234 原子量为232.0372）衰变为 90 U（原子量为 ）
⑤核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸 收的能量大好几个数量级。 收的能量大好几个数量级。 如例题， 的能量的绝对数量并不算大， 如例题，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大， 的能量的绝对数量并不算大 但这只是组成1个氘核所放出的能量 个氘核所放出的能量。 但这只是组成 个氘核所放出的能量。如果组成的是 6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了。与 个氘核时，放出的能量就十分可观了。 × 之相对照的是， 之相对照的是，使1摩尔的碳完全燃烧放出的能量为 摩尔的碳完全燃烧放出的能量为 393.5×103J。折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的 × 。 能量只不过4eV。若跟上述核反应中每个核子放出的 能量只不过 。 能量（比结合能）相比，两者相差数十万倍。 能量（比结合能）相比，两者相差数十万倍。
∆E = [ 2（mn+mP) −mα ] c2
解：衰变方程
238 92
U→
234 90
Th + He
4 2
衰变后的质量亏损 ∆m =232.0372u−(222.0287u+4.0026u)= 0.0059u 释放的能量
∆E = ∆mc = 0.0059×931.5MeV=5.5MeV
2
例题2、 例题 、原来静止的原子核 b X 衰变后 放出α 放出α粒子的动能为E k ，假设衰变时 产生的能量全部以动能的形式释放出来， 产生的能量全部以动能的形式释放出来， a aE k 衰变前后的质量亏损。 求原子核 b X 衰变前后的质量亏损。
·中等大小的核的 比结合能最大（ 比结合能最大（平 均每个核子的质量 亏损最大）。 亏损最大）。
有关问题的理解和注意事项 核子结合成原子核时, 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γ光子形式释放核能； ),同时以 (质量亏损),同时以γ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, 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。 原原子核的质量。 核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损( 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, ),可理解为组成原子核后 量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿 瘦了”一些。 佛“瘦了”一些。 质量亏损并非∆m以能量 形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏。 ),因此质量守恒定律不被破坏 形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏。不 能说成质量转变成了能量。 能说成质量转变成了能量。 公式∆E=∆m⋅c2 的单位问题 ④公式 ⋅ 1u=1.660566×10-27kg ；∆E用“uc2” × 用 1uc2=931MeV 表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量改变) 的能量改变) (表示 的质量变化相当于 的能量改变
一、核力
·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 核力。 的力，叫做核力。 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。 表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。 特 点 2. 核力是短程力 。 约在 -15m量级时起作用 ， 距离 核力是短程力。 约在10 量级时起作用， 量级时起作用 大于0.8× 时为引力； 大于 ×10-15m时为引力 ； 距离小于 ×10-15m时 时为引力 距离小于0.8× 时 为斥力，因此核子不会融合在一起；距离为10× 为斥力 ， 因此核子不会融合在一起 ； 距离为 ×1015m时核力几乎消失。 时核力几乎消失。 时核力几乎消失 3. 核力具有饱和性，即每个核子只跟相邻的核子 核力具有饱和性， 发生核力作用。 发生核力作用。 4. 核 力 中子、 中子、中子 ， ， 在于 子、 子、中子 。 子、 子 ，
·爱因斯坦的质能方程：E＝mc2 爱因斯坦的质能方程： ·核子在结合成原子核时出现的质量亏损∆m，表明核 核子在结合成原子核时出现的质量亏损 ， 子在互相结合过程中放出了能量： 子在互相结合过程中放出了能量：∆E=∆m·c2 ·质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。 质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。