普通高中物理选择性必修三 第五章第3节 核力与结合能

这是一篇关于“核力与结合能”的竖屏思维导图，主要内容包括：核力与四种基本相互作用、结合能、质量亏损。作为备课参考。

• 普通高中物理选择性必修三 第五章第3节 核力与结合能
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
• 核力与四种基本相互作用
• 现代物理学认为，自然界中的各种力，都可以归结为四种基本相互作用。
  • 万有引力
    • 17世纪下半叶，人们发现了万有引力。
    • 正是万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系。
    • 地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
    • 引力是自然界的一种基本相互作用。
  • 电磁相互作用
    • 19世纪后，人们逐渐认识到，电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。
    • 宏观物体中包含了大量带负电的电子和带正电的原子核。
      • 宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于电荷之间的电磁相互作用。
    • 电磁相互作用也是自然界的一种基本相互作用。
  • 强相互作用
    • 20世纪，物理学家们发现，原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。
    • 强相互作用是短程力。距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10-15m，即原子核大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了。
    • 万有引力、电磁力和强相互作用分别在不同的尺度上发挥作用。
  • 弱相互作用
    • 19世纪末20世纪初，物理学家发现了放射现象。后来发现，在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。
    • 弱相互作用是引起原子核b衰变的原子，即引起中子——质子转变的原因。
    • 弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有10-18m。
• 结合能
• 类比场景
  • 相距很远的两个物体相互接近
    • 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，一部分动能变成热并散失掉了。两个物体为结合而付出代价——失去了一些能量。
      • 如果要把两个物体再分开，还要重新赋予它们能量。
  • 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、让氢原子吸收光子等途径使它得到相应的能量。
• 思考与讨论 氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？
• 结合能
  • 原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。
  • 结合能也是核子结合成原子核而释放的能量。
  • 组成原子核的核子越多，它的结合能越大。
  • 原子核的结合能很难直接测量。
    • 可由爱因斯坦指出的物体的能量与它的质量的关系推知原子核的结合能。
• 比结合能
  • 原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫平均结合能。
  • 比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
  • 不同原子核的比结合能是不一样的。中等大小的核的比结合能最大，这些核最稳定。
• 爱因斯坦指出的物体的能量与它的质量的关系，即
• 质量亏损
  • 结合能的推测
    • 单个的质子、中子的质量已经精确测定。
    • 用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量。
    • 原子核与同等数量的质子、中子的质量之和相比较，看一看两条途径得到的质量之差，就能推知原子核的结合能。
  • 质量亏损
    • 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。
      • 质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。
    • 中等大小的核的比结合能最大，它们平均每个核子的质量亏损最大。
  • 例题
    • 已知中子的质量，质子的质量，氘核的质量，求氘核的比结合能。
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