爱因斯坦的质能方程：E＝mc2
质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm,正表明它 们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
比结合能
自然,原子核越大,它的结合能越高。因此,有意义的是它的结合 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, 表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。
• 4. 02×105m
课堂练习:
碳原子的质量是12.000 000 u,可以看 做是由6个氢原子(质量是1.007 825u)和 6个中子组成的．求核子结合成碳原子 核时释放的能量．(在计算中可以用碳原 子的质量代替碳原子核的质量,用氢原子 的质量代替质子的质量,因为电子的质量 可以在相减过程中消去．)
中等大小的核的比结合能 最大（平均每个核子的质 量亏损最大）,这些核最稳 定。
有关问题的理解和注意事项
第一..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量(质量亏损), 同时以光子形式释放核能;
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.
三、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或 原子核分解为核子时,都伴随着巨大的能量变化．
例如：
1 0
n
11H
12
H
2 1
H
11
H
10
n
可见,当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分 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．
注意：结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量, 而是为把核子分开而需要的能量。
四种相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 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。 2.电磁力：在原子核外,电磁力使电子结合成分子,使分子结合 成液体与固体。 电磁力和万有引力都是“长程力”,即它们可以作用到无限远 的距离,当然距离越远,力就越小
问题与练习参考答案：p82
• 1.（1）核反应涉及四种基本力中的强 相互作用,化学反应涉及四种基本力是 的电磁相互作用
• （2）核反应改变了原子核,化学反应 可以改变核外电子的排列,从而改变分 子结构
问题与练习参考答案：p82
• 2.通常我们看到的物体的能量发生变 化时,为什么觉察不到物体质量的变化？
增大到一定程度时,核力较少,不足以平 衡库仑力时,原子核会不稳定。
若增加中子,与其它核子无库仑力,但有 核力,有助于原子核稳定
核力是短程力,若超过其作用范围,增加 质子数 中子,原子核也不稳定,所以原子序数越
大越不稳定。
模型分析
宏观模型：相距很远的两个物体,由于万有引力而相互接近, 运动速度越来越大,引力势能转化为动能最后撞在一起,动能 变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价 －－失去了一些能量,如果要把它们分开,还要重新赋予它们 这份能量。
原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。
猜想：有第三种力--核力,是核力把核子紧紧地束缚在核内, 形成稳定的原子核。
一、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 （强相互作用,也叫强力）．
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表 现。在原子核尺度内,核力比库仑力大得多。
四、质量亏损
例题：请计算一下方程左右的质量
1 0
n
11H
12
H
中子的质量 =1.6749×10－27Kg
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 质量亏损: 质量差 = 0.0039×10－27Kg
3.强相互作用：在原子核内,强力将核子束缚在一起。
4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因,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,为10－18m,作用强度则比电磁力小。
物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论 统一起来呢？
二、原子核中质子与中子的比例
有关问题的理解和注意事项
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.
如例题,2.19MeV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．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 之相对照的是,使1摩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原子可能 放出的能量相比,两者相差数十万倍．
第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能量形式辐 射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.
第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位问题 P82问题与练习 3. m用“u(原子质量单位)”
1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV
(表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
• 根据质能关系可知ΔE=Δm·c2。由于 • 光速很大,我们通常看到的物体能量的
变化量对应的质量变化量很小,因此我 们觉察不到质量变化
问题与练习参考答案：p82
• 3. 试证明,1原子质量单位u相当于931.50
MeV的能量． • 1u=1.6606×-27kg,光速
c=2.9979×108m/s,1eV=1.6022×10-19J．
请同学们找出元素周期表,分析随着原子序数的增大,质子数与
中子数有什么关系？
结论：自然界中较轻的原子核,质子数与
中子数大致相等,但对于较重的原子核,中
中 子
子数大于质子数,越重的元素,两者相差越
数
多。
实际存在 的原子核
原因分析：
核越大,核子间距离增大
库仑力与核力均减少,但核力减少快
理想的质子数 和中子数相等 的稳定原子核
第五节 核力与结合能
复习巩固
原子核
质子（带正电） 中子
思考：在原子核那样狭小的空间里,带正电的质子为什么能 够挤在一起而不飞散？
猜想：万有引力？
理论验证：质子相互间距数量级是10-15m；质子质量数量级10-27kg
质子量电量数量级10-19kg；万有引力常量数量级10-11静电力常量数量级
10结9 论：万有引力太小,只有库仑力的10-35到10-36之间 。
2. 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用,距离大于 0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失, 特 距离小于0.8×10-15m时为斥力,因此核子不会融合在一起。 点 3. 核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用, 这种性质称之为核力的饱和性。
4. 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。（见书本P79图）
微观模型：原子核是核子结合在一起构成的,要把它们分开,也需 要能量,这就是原子核的结合能。
类比分析：要使基态氢原子电离,也就是要从氢原子中把电子 剥离,需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得 到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的 结合能,不过通常把它叫做氢原子的电离能,而结合能一词只 用在原子核中。