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《核力与结合能》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西

核力:原子核内核子之间的相互作用力。原子核由质子和中子组成,质子之间有相互作用的电磁斥力力,中子不带电,可是这些核子还能共存与一个很小的空间内,说明核子之间定有一种作用力,能把核子紧紧的吸引在一起,否则,核子自动就散了。

四种基本相互作用:学习力学时提过一点点,万有引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用。

万有引力天体上应用广,微观粒子几乎就不涉及了,原因是考虑微观粒子间的作用力时,万有引力相比较电磁作用力,太弱了,弱到体现不出任何存在感,所以就被几乎完全忽略了。

除万有引力外,力学、电磁学中受力分析的力,本质上都是电磁相互作用力,比如弹力、摩擦力。电磁相互作用可不是只存在于带电粒子之间,有光子参与的粒子间的相互作用过程也都有电磁相互作用参与。

核子之间的作用力是强相互作用。一个强字说明了其内涵,相比上边提到了两种力,强相互作用重点体现在一个强字上,不足是作用力的作用范围太短,短到只在原子核那个尺度上起作用,它的作用范围只有约10-15m,一旦超出界限,几乎就不存在了。想想也是,力强,作用范围要太长的话,所有物质不就成一个整体了?如何体现物质的多样性呢?

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,其力程比强相互作用更短,只有10-18m。

强弱相互作用的粒子实质是强子、轻子。

大神爱因斯坦后半生的工作就是想把四种基本相互作用给统一了,结果很遗憾,不过,电弱相互作用理论把电磁相互作用和弱相互作用给统一了。

结合能

把一栋楼爆破需要炸药的能量。原子核就是一栋抗N级地震的楼,要把组成原子核的核子一个一个分离出来,也需要一定的能量,这就是结合能。结合能就是把原子核分开所需要的能量,有没有一种诡异的感觉。猎头公司挖墙脚了,总得多给点好处才能挖得动呀。从正经的物理角度解释,核子之间不是有强相互作用和电磁相互作用吗?强相互作用比电磁力要强,这也是原子核异常稳定的原因,弱把原子核分开,除了质子之间的电磁力充当一部分“动力”外,是不是还需要额外的力做功才能分开呢?这个额外的力所做的功,数值上就等于结合能。

反过来理解也行,一大推“散”核子,起初在万有引力作用下,一起往一块凑,万有引力不是做正功吗?当然,到了电磁力起作用时,电磁力做了一部分负功,但到了强相互作用起作用的范围内,又会做正功,算总账,正功多,碰到一块结合在一起,相当于来了个完全非弹性碰撞,是不是就会向外放出点内能呢?这也就是结合能。

比结合能

核子越多,结合能越大,实际上,真正有用的是“单价”——比结合能,核均结合能。比结合能的多少决定原子核的稳定性。搞破坏需要的能量越大,说明被破坏者越稳定,怎感觉有点像人理呢?

质量亏损、爱因斯坦质能方程

大神登场,扬名万里但没拿到诺奖的理论。E=mc2,单个核子的质量可测,原子核的质量也可测,原子核的结合能、比结合能可通过散装核子和桶装核子的质量差来计算,计算的依据就是质能方程。

有变化就不怕,怕的是不变。有变化就有规律,有规律就能掌握规律、应用规律。

随质量数变化的比结合能图,从图中可以看出,不同原子核的比结合能是不同的,比结合能越大原子核越稳定,从图中可以看出核能利用的两种途径,大质量数的原子核变小,小的原子核,比如氢核变大。比结合能最大的对应的是铁元素。铁哥们,非常符合物理原则。

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