5 核力与结合能
[目标定位] 1.了解四种基本相互作用，知道核力的特点.2.能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.3.认识原子核的结合能和质量亏损，并能应用质能方程进行计算．
一、核力与四种基本相互作用
1．核力
原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核． 2．核力特点
(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多． (2)核力是短程力，作用范围在1.5×10
－15
_m之内．
(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性． 3．四种基本相互作用
(1)长程力：万有引力和电磁力，对于带电粒子，在相同距离上，电磁力要比万有引力强10倍．
(2)短程力：发生在原子核内的强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强力更短，为10
－18
35
m.
【例1】 (多选)关于核力，下列说法中正确的是( ) A．核力是一种特殊的万有引力
B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用
C．核力是原子核稳定存在的原因 D．核力是一种短程强力作用
解析 核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10原子核的半径数量级在10在的原因，故选C、D. 答案 CD
核力特点记忆技巧：
(1)核子既包括质子也包括中子，质子带电，中子不带电，所以核力与电荷无关．
－15
－15
m之内
m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存
(2)原子核非常小，所以核力属于短程力．
(3)质子间是库仑斥力，核力比库仑力大得多，属于强相互作用力．
二、原子核中质子与中子的比例
1．较轻原子核
质子数与中子数大致相等． 2．较重原子核
中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多． 【深度思考】
为什么轻核的质子数与中子数差不多，而较重的原子核中中子数大于质子数？
答案 (1)若质子与中子成对地构建原子核，由于核力是短程力，当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了． (2)若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．
(3)由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．
【例2】 下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( ) A．原子核中质子数和中子数一定相等 B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C．原子核都是非常稳定的
D．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
解析 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，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．因此正确答案选D. 答案 D
三、结合能
1．结合能
克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量． 2．比结合能
原子核的结合能与核子数之比，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．
3．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图1所示．
图1
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小． 【深度思考】
怎样区别和理解结合能与比结合能？
答案 结合能：把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量． 比结合能：结合能与核子数的比值，比结合能能够反映核的稳定程度，比结合能越大表明原子核越稳定．
组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但比结合能不一定越大，相对来说，比结合能更有意义．它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度．
【例3】 下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大 C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
解析 核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确． 答案 D
四、质量亏损
(1)爱因斯坦质能方程：E＝mc.
(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．
(3)核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，与它们在互相结合过程中放出的能量ΔE的关系是ΔE＝Δmc. 【深度思考】
质量亏损是不是质量消失了？
答案 质量亏损，并不是质量消失．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc.
2
2
2
【例4】 (多选)关于质能方程，下列说法中正确的是( ) A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
解析 质能方程E＝mc表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc进行计算，所以选项B、D正确． 答案 BD
质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化．
【例5】 已知氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量MH＝1.008 15 u，试判断： 7N＋2He―→ 8O＋1H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？ 解析 反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40 u， 反应后总质量：MO＋MH＝18.012 69 u. 可以看出：反应后总质量增加， 故该反应是吸收能量的反应． 吸收的能量利用ΔE＝Δmc来计算， 若反应过程中质量增加1 u，
2
14
4
17
1
2
2
相关推荐：
loading