漫谈原子核结合能.doc

漫谈原子核的结合能闲谈原子核的联合能广东省深圳市高级中学(518040)纪星寿一、什么是原子核的联合能？在原子核的内部，质子间存在很强的库仑斥力(约为万有引力的1039倍)，核子之间是靠另一种更为强盛的的互相作使劲核力(约为库仑力的102倍)的作用而密切地积聚在一同的，所以核子间也存在着由它们之间的互相作用而决定的能量若干个自由的核子在联合成原子核的过程中，协力(主假如核力，库仑力可忽视)做功∑W>0，“核子系统”的势能减少，动能增大当核子构成原子核后，核内核子的动能以光子形式辐射出来反之，假如要将这些核子所有“拆散”开来形成自由核子，就一定依赖外力战胜核子间的核力作用而做功，从外界汲取能量增添“核子系统”的势能比如一个自由中子和一个自由质子联合成为氘核(21H)要放出2.22MeV能量反之，若要使氘核分裂成两个自由核子，一定用2.22MeV的γ光子去轰击这个氘核才行我们把自由核子联合成原子核的过程中所开释出来的能量或许将原子核所有分解为自由核子时，所汲取的能量，叫做原子核的联合能，联合能以简称为核能原子核能的变化只跟核力做功有关核力是一个短程力，只有在2.0×10－15米的范围内才起作用，超出此范围核力快速减为零，故原子核中的核子只和其四周相邻核子间才有核力作用。

正因这样，核能的开释只表此刻核子的联合与分别、较大的原子核分裂、较小的原子核的聚合等核反响过程中二、质能方程的含义联合能是经过爱因斯坦的质能方程进行计算的质能方程有两种表示形式：一种是E＝mC2，此中：E是物体所拥有的总能量（全部能量总和），包含有分子动能、分子势能、化学能、电磁能、核内核子拥有的联合能等固有能量和物体因为运动而拥有的运动能量m是物体总质量，包含运动质量和静止质量，大小为mm0C是光速另一种是Ｅ＝1(v/c2)mC2，m往常是指物体静止质量的变化量，E是物体静止能量的变化量质能方程是近代物理学的最新的理论成就之一，它揭露出物体所拥有的质量与能量间的对应关系明显质能方程把能量守恒与质量守恒一致同来了一个系统能量守恒，则其质量必定守恒从E＝mC2可知：物体所含有的能量增添(或许减少)E时，它的质量也必定相应地增添(或许减少)m＝E／C2三、质量损失和联合能的计算因为核子在联合成原子核时要放出能量，所以原子核的总能量要比构成原子核的自由核子所拥有的能量总和要小由质能方程可知：原子核的质量要比构成原子核的所有的核子的总质量要小，这个差值称为质量损失比如：氦核的质量为mα＝6.6447678×10－27kg，两个自由中子与两个自由质子的质量和大小为－272(mn＋mP)＝6.6952075×10kg。

二者差Δm＝5.04397×10－29kg，即为质量损失两个自由质子两个自由中子在联合成氦核时质量损失了5.04397×10－29kg，利用质量和能量间的对应关系，由质能方程能够很方便地求出联合能例如当核反响中损失一个原子质量单位(用1u表示)的质量，则在核反响过程中放出的能量Ｅ为E＝mC2＝1.6605655×10－27×(8)2＝1.4924418×10－10J＝931.5MeV常写成1u＝931.5MeV核子联合成原子核时，开释出能量E，而损失了质量m，不可以理解成有一部分质量m转变成能量Ｅ，进而得出在核反响过程中质量和能量均不守恒的错误结论其实，质量和能量是物质系统在两个不一样方面表现出来的两种不一样的固有属性这两种属性是严格依据成正比率(比率系数为C2)有关系的系统的能量减少了，即传达给了外界，其质量也相应地减少了，可是减少的质量其实不是消逝了，更不是转变成能量，而是同能量一同转移给了外界外界在获取了能量的同时，也获取了质量所谓的质量损失，只是是对核反响前后而言的，没有考虑到四周环境质量的增添当考虑较大的系统时，总质量和总能量仍旧是守恒的表达式1u＝931.5MeV的含义是质量为1u的物体所拥有的能量为931.5MeV，或许是质量损失1u时，所放出的联合能为931.5MeV。

四、均匀联合能核子在联合成原子核时总要放出联合能，为了表示核子联合成原子核时每个核子所大概放出的能量，定义了均匀联合能它表示核子联合成原子核时每个核子均匀开释的能量，也表示把原子核分解成自由的核子时，每个核均匀需要从外界汲取的能量所以，要把均匀联合能大的原子核分解开来，外界一定对每个核子供给许多的能量因而可知，均匀联合能的大小反应了原子核的稳固程度均匀联合能越大的原子核越难打开，表现这类原子核越稳固实验表示，不一样的原子核的均匀联合能不一样(均匀联合能大小和核子数的关系图线如右图)，从均匀联合能图线可知：在质量数为50～60的地区，原子核的均匀联合能最大，即原子核最稳固原子核质量数小于它时，均匀联合能跟着核子数的减少而急剧降低(个别地方有较大的涨落)原子核的质量数大于它时，均匀联合能跟着核子数的增添而迟缓降低原由如下：当质量数较小时，增添的核子仍旧处于四周核子核力的作用范围，所以跟着核子数的增添，核力增大，固然核子间还存在着库仑斥力，但这个力远比核力要小所以核子联合成原子核时，核力对每个核子所做的功增添，势能减少许增添，开释出来的核能增添，均匀联合能也随之增添而当原子核内的核子数量增添到必定值时，增添的核子处于此外一些核子的作用范围以外，所以即便核子数增添，核力也不会增添。

可是质子间的库仑斥力却仍旧跟着核子数量的增添而增添，到必定程度后，库仑斥力做的功逐渐起主要作用，而核力的功降为次要作用，均匀联合能以逐渐降低下来，原子核变得愈来愈不稳固五、联合能的开释门路同重力势能、电势能同样，原子核拥有的能量实质上也是一种由核子间互相作使劲核力所决定的互相作用能当核力做正功时，原子核所拥有的能量减少，有部分能量转变成其余形式能量开释出来；当核力做负功时，原子核所拥有的能量增添，即原子核将从外界汲取的能量转变成原子核所拥有的能量同重力势能、电势能同样，原子核拥有的能量的量值也只有相对意义往惯例定：核子相互远离到核子间的核力为零时，“原子核”拥有的能量为零而当若干个核子联合成原子核时，要放出联合能(设为Ｅ)，所以原子核拥有的能量值实质上为负值(为－Ｅ)所以核子联合联合成原子核时放出的联合能，其实是原子核拥有的能量的负值比如一个自由中子和一个自由质子联合成氘核时放出了2.22MeV的联合能，所以一个氘核所拥有的能量实质上为－2.22MeV由此可知，联合能大的原子核在联合过程中开释的能量多，原子核所拥有的能量低，原子核较稳固联合能小的原子核在联合过程中开释的能量少，原子核所拥有的能量高，原子核稳固性较差。

正因这样，联合能大的原子核在转变成联合能小的原子核的核反响中，要汲取能量；而联合能小的原子核在转变成联合能大有原子核的核反响中，才是放出能量从均匀联合能曲线可知，重核的均匀联合能和轻核的均匀联合能比中等质量的原子核的均匀联合能要小，因此重核的裂变和轻核的聚变都会放出能量，使重核裂变和使轻核聚变是开释原子核所拥有的能量的门路内容总结（1）闲谈原子核的联合能广东省深圳市高级中学(518040)纪星寿一、什么是原子核的联合能（2）当核子构成原子核后，核内核子的动能以光子形式辐射出来（3）反之，假如要将这些核子所有“拆散”开来形成自由核子，就一定依赖外力战胜核子间的核力作用而做功，从外界汲取能量增添。