19.5 核力与结合能

教学目标

　（1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；

　（2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；

　（3）理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；

　（4）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

引入新课

　　氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?（两者相差1036倍）

　　在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。

一、核力与四种基本相互作用

　　20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。

基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。

　　1、核力特点：

第一、核力是强相互作用(强力)的一种表现。

第二、核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。

第三、核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。

　　第四、核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。

　　总结：要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物--夸克的相互作用。

　　除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用-弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。

　　2、四种基本相互作用力：

弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：

①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力；

②强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力；

③电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液 体和固体→长程力；

④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上"独领风骚"。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状→长程力 。

二、原子核中质子与中子的比例