1u=1.660566×10-27kg ×
第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反 第五 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. 应中释放或吸收的能量大好几个数量级
当然,2.19MeV的能量的绝对数量并不算大, 当然,2.19MeV的能量的绝对数量并不算大,但这 的能量的绝对数量并不算大 只是组成1个氘核所放出的能量. 只是组成1个氘核所放出的能量.如果组成的是 6.02× 个氘核时, 6.02×1023个氘核时,放出的能量就十分可观 与之相对照的是, 了.与之相对照的是,使1摩的碳完全燃烧放出的 能量为393.5 393.5× 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 4eV. 烧时放出的能量只不过4eV.若跟上述核反应中每 个原子可能放出的能量相比,两者相差数十万倍. 个原子可能放出的能量相比,两者相差数十万倍.
n+ H → H + γ
1 1 2 1
中子的质量 =1.6749×10-27Kg =1.6749× 质子的质量 = 1.6726×10-27Kg × 中子和质子的质量和 = 3.3475×10-27Kg × 氘核的质量 = 3.3436×10-27Kg × 质量差 = 0.0039×10-27Kg ×
四,结合能
由于核子间存在着强大的核力,所以核子结合成原子核 由于核子间存在着强大的核力,所以核子结合成原子核 结合 分解为核子时 或原子核分解为核子时,都伴随着巨大的能量变化. 或原子核分解为核子时,都伴随着巨大的能量变化. 分解: 分解:
2 1 1 H + γ → H +1 n 1 0
γ为光子,其能量≥2.2MeV,反应才能发生 为光子,其能量 为光子 ,
比结合能越大, 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. 结合得越牢固,原子核越稳定.
从图象上看,哪一种原子的比结合能更大? 从图象上看,哪一种原子的比结合能更大?
四,质量亏损
问题分析:质子与中子结合成氘核前后总质量的差异 问题分析:质子与中子结合成氘核前后总质量的差异
1 0
库仑力 万有 引力 万有 引力
mp
核力
核力
mp
库仑力
二,核力: 核力:
核力: 核力:能够把核中的各种核子联系在一起的 强大的力叫做核力 核力. 强大的力叫做核力. 核力具有怎样的特点呢? 核力具有怎样的特点呢?
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的 核力是四种相互作用中的强相互作用 强力) 强相互作用( 一种表现. 一种表现. 2. 核力是短程力.约在 10-15m量级时起作用,距离 核力是短程力. 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 距离为 ×10-15m时核力几乎 时为引力 距离为10× 时核力几乎 消失,距离小于0.8× 时为斥力. 消失,距离小于 ×10-15m时为斥力. 小于 时为斥力 3. 核力具有饱和性.核子只对相邻的少数核子产 核力具有饱和性 . 生较强的引力,而不是与核内所有核子发生作用. 生较强的引力,而不是与核内所有核子发生作用. 4. 核力具有电荷无关性.对给定的相对运动状态, 核力具有电荷无关性.对给定的相对运动状态, 核力与核子电荷无关. 核力与核子电荷无关. 要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组 成物——夸克的相互作用. 夸克的相互作用. 成物 夸克的相互作用
第五节 核力与结合能
原子核的组成
核力及其性质
一 .原 核 的 组 成
质子 中子
统称核子 统称核子 质量数 (核)电荷数
元素符号
A Z 235 92
X U
10-15m
1 1
H
4 2
He
核子靠什么力结合成原子核? 核子靠什么力结合成原子核? 原子核的半径约为10-15m , 只 原子核的半径约为 相当原子半径的万分之一. 相当原子半径的万分之一 . 在这 么小的空间里带正电的质子与质 子间的库仑斥力是很大, 万有引 子间的库仑斥力是很大 , 力太小, 只有库仑力的10 力太小 , 只有库仑力的 -36 . 而 通常原子核是稳定的,于是核内还 通常原子核是稳定的 于是核内还 应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力. 在一起 此力称为核力.
为什么会这样呢? 为什么会这样呢?
核越来越大,有些核子间的距离越来越远. 核越来越大,有些核子间的距离越来越远. 随着距离的增加,核力与电磁力都会减小, 随着距离的增加,核力与电磁力都会减小, 但核力减小得更快.所以, 但核力减小得更快.所以,原子核大到一定 程度时, 程度时,相距较远的质子间的核力不足以平 衡它们之间的库仑力, 衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定 这时,如果不再成对地增加核子, 了.这时,如果不再成对地增加核子,而只 增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力, 增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力, 但有相互吸引的核力, 但有相互吸引的核力,有助于维系原子核的 稳定.由于这个原因,稳定的重原子核里, 稳定.由于这个原因,稳定的重原子核里, 中子数要比质子数多. 中子数要比质子数多.
6个质子和 个中子质量为 个质子和6个中子质量为 个质子和 m= 1.007825×12u = ×
3.235U( 子 为 .0372 衰 为 90Th 原 量 232 ) 变 228 92 ( 子 为 .0287 时 释 出 粒 原 量 228 ) , 放 α 子
4 ( He的 子 为 .0026 . 出 反 方 , 原 量 4 ) 写 核 应 程 2
由于核力的作用范围是有限的, 由于核力的作用范围是有限的,如果继 续增大原子核, 续增大原子核,一些核子间的距离会大到其 间根本没有核力的作用, 间根本没有核力的作用,这时即使再增加中 子也无济于事,这样的核必然是不稳定的. 子也无济于事,这样的核必然是不稳定的. 在宇宙演化的进程中, 在宇宙演化的进程中,各种粒子有机会 进行各种组合, 进行各种组合,但那些不稳定的组合很快就 瓦解了,只有200多种稳定的原子核长久地 瓦解了,只有 多种稳定的原子核长久地 留了下来.现在观察到的天然放射性元素, 留了下来.现在观察到的天然放射性元素, 则正在瓦解之中. 则正在瓦解之中.
3,有关问题的理解和注意事项 ,
第一.核反应过程中 第一 核反应过程中: 核反应过程中 核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质 核子结合成原子核时 新核质量小于核子的质 新核质量小于 质量亏损),同时以 释放核能; 量(质量亏损 同时以γ光子形式释放核能 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,核子 原子核分解为核子时 需要吸收一定能量 核子 需要吸收一定能量 的总质量大于原原子核的质量. 大于原原子核的质量 的总质量大于原原子核的质量 第二.核反应过程中 质量亏损时 核子个数不亏损(即质 第二 核反应过程中,质量亏损时 核子个数不亏损 即质 核反应过程中 质量亏损时,核子个数不亏损 可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛 量数守恒),可理解为组成原子核后 量数守恒 可理解为组成原子核后 核内每个核子仿佛 瘦了"一些. "瘦了"一些 第三.质量亏损并非质量消失 而是减少的质量 以能 第三 质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能 质量亏损并非质量消失 而是减少的质量 量形式辐射(动质量 因此质量守恒定律不被破坏 动质量),因此质量守恒定律不被破坏. 量形式辐射 动质量 因此质量守恒定律不被破坏
第四.公式ΔE=Δ c 第四 公式ΔE=Δmc2 的单位问题 公式
国际单位: 国际单位 m用"kg" 用 C用"m/s" 用 Δ E用 " J "
P39问题与练习 3. 问题与练习 常用单位: 常用单位 m用"u(原子质量单位 原子质量单位)" 用 原子质量单位 ΔE用"uc2" 1uc2=931MeV 931MeV的能量改变 (表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量改变) 表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量改变)
结合: 结合: 1 n+1H
0 1
→ H +γ
2 1
可见,由于核子间存在强大的核力, 可见,由于核子间存在强大的核力,要把原子核拆散成核 要克服核力做功,必须吸收一定的能量.反之, 子,要克服核力做功,必须吸收一定的能量.反之,根据 能量守恒,核子结合成原子核时,也会放出同样多的能量. 能量守恒,核子结合成原子核时,也会放出同样多的能量. 这个能量叫做原子核的结合能 原子核的结合能. 这个能量叫做原子核的结合能. 结合能可以以光子的形式放出来. 结合能可以以光子的形式放出来.
课堂练习: 课堂练习
(1)试证明,1原子质量单位 相当于 试证明, 原子质量单位 相当于931.50 MeV的能 原子质量单位u相当于 试证明 的能 量.1u=1.6606×10-27kg,光速 × ,光速c=2.9979×108m/s, × , 1eV=1.6022×10-19J. × .
证明: 证明:由爱因斯坦质能方程 E=mc2 得1u对应能量为 对应能量为 E=mc2 = 1.6606×10-27×(2.9979×108) 2J × × = 1.4924 × 10-10 J = (1.4924 × 10-10 /1.6022×10-19)eV ×
说明: 说明:
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 并不是由于核子结合成原子核而具有 能量,而是为把核子分开而需要 需要的能量或者结 能量,而是为把核子分开而需要的能量或者结 合成原子核需要放出的能量. 放出的能量 合成原子核需要放出的能量. 比结合能:结合能与核子数之比.也叫平均结合能 比结合能:结合能与核子数之比.也叫平均结合能
弱相互作用(弱力) 除核力外原子核内还存在 弱相互作用(弱力) 弱力是引起中子-质子转变的原因 弱力是引起中子-质子转变的原因 中子 弱相互作用也是短程力,力程比强力更短,为 弱相互作用也是短程力,力程比强力更短, 10-18m,作用强度则比电磁力小. ,作用强度则比电磁力小.