高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能素材 新人教版选修3-5（通用）

高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能素材 新人教版选修3-5（通用）

‎5核力与结合能 ‎ 结合能（binding energy）是指当一“物体（体系）”是由两个或多个部分组成时，各组成部分之间一定存在相互吸引力，使它们结合在一起。如果把各组成部分分开到“无穷远”处，当然需要一定的能量来提供克服有关吸引力，即需做功。所需做的功的大小，说明各组成部分结合的紧密程度，称为该物体的结合能。‎ 概念解释 两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量。自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时释放的能量叫做原子核结合能。原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把其分开，需要能量，此即原子核的结合能。‎ 不同“物体（体系）”具有不同的结合能。因此当数个物体发生反应时，总的结合能可能变化。利用适当的反应可把改变了的总结合能释放出来。如二氧化碳分子是由两个氧原子和一个碳原子组成的，而氧分子是由两个氧原子组成的，前者的结合能较后者更大。这说明碳原子和氧分子反应时，各原子间的作用力在反应中做功释放能量。碳在空气中燃烧，生成二氧化碳时，结合能以热能的形式释放出来。这就是碳燃烧发热的基本原理。又如原子核是由核子（中子或质子）借助于彼此间很强的相互吸引力（核力）结合成的，具有很大的结合能。核内每个核子的平均结合能，叫比结合能，等于该核的结合能除以其核子数。‎ ‎　　当核的结合状态在某种核反应中变得更紧时，就会因为核力的做功而使总结合能变大，所做的功以核能的形式放出。由于核力比分子内原子间的作用力强度大得多，所以同样质量的物质，在核反应中产生的核能比化学反应中产生的化学能要大百万倍以上。‎ 具体说明 结合能是几个粒子从自由状态结合成为一个复合粒子时所释放的能量。结合能数值越大，分子（原子或原子核）的结构就越稳定。‎ 因为几个粒子单独的质量和要比其结合成复合粒子的质量要大，产生的质量亏损 以能量的形式释放出去，其能量就是结合能，根据爱因斯坦质能方程，释放的能量△E=△mc2（c为光速，△m为质量亏损）。‎ 原子能够结合为晶体的根本原因，在于原子结合后整个系统具有更低的能量。设想把分散的原子（离子或分子）结合成为晶体，在这个过程中，将有一定的能量E释放出来，即结合能。如果以分散的原子作为计量内能的标准，则E就是结合成晶体后系统的内能。‎ 对于一个氢原子（单个质子），结合能为零，所以会产生核聚变。之后结合能一直增大，铁是平均结合能最大的（所以铁的原子核最不容易打破），最后平均结合能逐渐下降总结合能逐渐上升（因为粒子数增多）聚变的过程给星体的发光提供能量，星体燃烧完以后就变成了一个“大铁球”。‎