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《核力與結合能》教學

 新用戶65120Joi 2022-06-20 發(fā)布于山西

核力:原子核內核子之間的相互作用力。原子核由質子和中子組成,質子之間有相互作用的電磁斥力力,中子不帶電,可是這些核子還能共存與一個很小的空間內,說明核子之間定有一種作用力,能把核子緊緊的吸引在一起,否則,核子自動就散了。

四種基本相互作用:學習力學時提過一點點,萬有引力、電磁力、強相互作用、弱相互作用。

萬有引力天體上應用廣,微觀粒子幾乎就不涉及了,原因是考慮微觀粒子間的作用力時,萬有引力相比較電磁作用力,太弱了,弱到體現(xiàn)不出任何存在感,所以就被幾乎完全忽略了。

除萬有引力外,力學、電磁學中受力分析的力,本質上都是電磁相互作用力,比如彈力、摩擦力。電磁相互作用可不是只存在于帶電粒子之間,有光子參與的粒子間的相互作用過程也都有電磁相互作用參與。

核子之間的作用力是強相互作用。一個強字說明了其內涵,相比上邊提到了兩種力,強相互作用重點體現(xiàn)在一個強字上,不足是作用力的作用范圍太短,短到只在原子核那個尺度上起作用,它的作用范圍只有約10-15m,一旦超出界限,幾乎就不存在了。想想也是,力強,作用范圍要太長的話,所有物質不就成一個整體了?如何體現(xiàn)物質的多樣性呢?

弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰變的原因,即引起中子—質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力,其力程比強相互作用更短,只有10-18m。

強弱相互作用的粒子實質是強子、輕子。

大神愛因斯坦后半生的工作就是想把四種基本相互作用給統(tǒng)一了,結果很遺憾,不過,電弱相互作用理論把電磁相互作用和弱相互作用給統(tǒng)一了。

結合能

把一棟樓爆破需要炸藥的能量。原子核就是一棟抗N級地震的樓,要把組成原子核的核子一個一個分離出來,也需要一定的能量,這就是結合能。結合能就是把原子核分開所需要的能量,有沒有一種詭異的感覺。獵頭公司挖墻腳了,總得多給點好處才能挖得動呀。從正經(jīng)的物理角度解釋,核子之間不是有強相互作用和電磁相互作用嗎?強相互作用比電磁力要強,這也是原子核異常穩(wěn)定的原因,弱把原子核分開,除了質子之間的電磁力充當一部分“動力”外,是不是還需要額外的力做功才能分開呢?這個額外的力所做的功,數(shù)值上就等于結合能。

反過來理解也行,一大推“散”核子,起初在萬有引力作用下,一起往一塊湊,萬有引力不是做正功嗎?當然,到了電磁力起作用時,電磁力做了一部分負功,但到了強相互作用起作用的范圍內,又會做正功,算總賬,正功多,碰到一塊結合在一起,相當于來了個完全非彈性碰撞,是不是就會向外放出點內能呢?這也就是結合能。

比結合能

核子越多,結合能越大,實際上,真正有用的是“單價”——比結合能,核均結合能。比結合能的多少決定原子核的穩(wěn)定性。搞破壞需要的能量越大,說明被破壞者越穩(wěn)定,怎感覺有點像人理呢?

質量虧損、愛因斯坦質能方程

大神登場,揚名萬里但沒拿到諾獎的理論。E=mc2,單個核子的質量可測,原子核的質量也可測,原子核的結合能、比結合能可通過散裝核子和桶裝核子的質量差來計算,計算的依據(jù)就是質能方程。

有變化就不怕,怕的是不變。有變化就有規(guī)律,有規(guī)律就能掌握規(guī)律、應用規(guī)律。

隨質量數(shù)變化的比結合能圖,從圖中可以看出,不同原子核的比結合能是不同的,比結合能越大原子核越穩(wěn)定,從圖中可以看出核能利用的兩種途徑,大質量數(shù)的原子核變小,小的原子核,比如氫核變大。比結合能最大的對應的是鐵元素。鐵哥們,非常符合物理原則。

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