第4章 核力
§4.7 核子-核子相互作用人类社会从核子-核子相互作用开始认识强相互作用. 核力为强相互作用, 其特点为:力程短, 约10-13cm;为吸引力;强度大;具有饱和性.1一. 氘核基态氘核基态是两核子n-p系统唯一的束缚态, 给我们提供了核子间相互作用的重要信息.氘核特性,目前的实验结果是:结合能：B = 2.2246 MeV，很松散(在普通核中约7-8 MeV；角动量与宇称：J P = 1+ ;磁矩：μd = 0.85742 μN;电四极矩：Q = 2.875×10-27 cm2.234这个位阱有两个参数V 0与r N . r N 为势阱宽度,V 0为势阱深度, 负号表示吸引力.核子在阱内,在边界处：则薛定锷方程为：Nr r r r V F <=−=0 /)( ∂∂)~( /)( 0/)( N N r r r r V F r r r r V F ∞=−=>=−=∂∂∂∂[](3) )()( )()2/(22r E r r V r r h ψψμ=+∇−5μ为质子与中子的折合质量，μ=m n m p /( m n +m p )≈1/2 m pQ V(r)为中心势, 可用分离变量法求解:u l (r)为径向波函数,满足径向方程:此式为能量为E 的本征方程. 基态为能量最低的态,应该是相对运动角动量l =0的S 态.氘核的总角动量:[](4)),( /)()(ϕθψm Y r r u r l l r =[](5))( )()(2/)1(/)2/(22222r Eu r u r V r dr d l l h l l h =+++−μμ(6)l r r r +=S J9边界条件:即:可以得到:即:(15)式表明氘核基态的V 0与r N 的关系,由r N 可算得V 0, 反之亦然.)()( ),()( ,2121N N N N N r u r u r u r u r r ′=′==Q (13) cos sin 2)(212)(21γγγγC e C kr k C C e C kr C N N N N r r N r r N −=−===−−−−(14)/k ctgkr N γ−=[]1/21/222002()//() N ctg r B r B V B (15)μ⎡⎤−=−−⎣⎦h2. 非中心力前面的中心力指3S态, l=0, 核球型, 应有电1四极矩Q = 0. 然而实验给出,Q= 2.875×10-27cm2 > 0,d态的混入.为长椭球形变, 需要考虑3D111再考虑氘核的磁矩μd:μd = gpsp+ gnsn+ gll= gpsp+ gnsn+ (1/2).l(l为相对运动轨道角动量,g l = 1/2, 因中子gl= 0，质子gl=1).在中心力情况下，氘核处于3S1态，l = 0，sp与sn平行，则3S1态的磁矩为：μs = μn+μp=（-1.9131+2.7927) μN= 0.8796 μN.1213此值与氘核磁矩实验值μd = 0.8574μN 相差:μs -μd = 0.0222 μN ,远远超过实验误差.所以,除了3S 1态外, 氘核基态应有3D 1态的混合.3D 1态量子数为: 氘核磁矩可由下式计算:μd ={[(μs +1/2)+(μs -1/2)[s(s+1)/2-l (l +1)]/2}/2 .反平行。
与s l s l r r r r ,1,2==14式中:3S 1与3D 1混合波函数ψ(S,D)可表示为:ψ(S,D) = cos ω.ψ(3S 1) + sin ω.ψ(3D 1) ,式中，ψ(3S 1)与ψ(3D 1)为3S 1与3D 1的归一化波函数. ψ(S,D)也是归一化的.pn s s s r r r +=ω为可调参数.氘核的磁矩可表示为:μd = cos2ω.μS+ sin2ω.μD ,可算得：μd = (0.879-0.569 sin2ω) μN .与实验值μd = 0.857μN比较时, 得sin2ω∼0.04.即, 氘核处于3S1态的几率为96%, 3D1的几率为4%.15由于3D1态的混入, 基态的氘核不再是球对称的,由Qd = 2.875×10-27cm2可算出3D1的几率约为4⎯7%. 由于3S1与3D1态的混合, 氘核基态角动量l不再是守恒量,波函数不再是对称的, 核子间的作用除了中心力外, 还有非中心力成分.16为了表示r的取向(θ角), 需要一个参考方向, 我们用自旋方向作参考.如图：(下页）a.为线状排列，两核子互相吸引；c.为并行排列，两核子互相排斥；考虑到氘核基态为长椭形变, 基本上是线状排列;b. r与自旋方向不平行,有夹角θ,则吸引力变小, θ大,变成排斥力.这就是非中心力产生的物理图象.1821这里类比两磁偶极矩相互作用能:在V T 中有, 即V T =V T (θ).非中心力用θ角表征。
注意, S=0,单态,V T =0; S=1,三重态,V T ≠0。
E r r r 12122123=−⋅⋅−⋅()()/r r r r r r r μμμμθcos Sr r S =⋅r r2. 高能N-N散射⎯交换力~10 -600 MeV,EN在高能n-p散射时, 可发生中子与质子的交换，讨论n-p散射交换力.E↑, θ↓, 甚至θ→0, 且入射粒子能量远大于核子间相互作用能,即E >> V, 可用玻恩近似处理.2527此式表明,高能粒子的微分散射截面近似为一常数,与入射粒子能量无关.入射粒子能量只影响散射角的大小. 能量愈高,散射粒子愈向前, 散射角愈小.以上讨论可看出:A).在高能散射中, 由于入射粒子能量高, 仅在很小的散射角度内, 散射截面才不为零;B).入射粒子能量愈高, 散射粒子向前散开的角度愈小;C).散射微分截面近似为常数, 与能量无关.28通常相互作用势的深度为V～30-不可能具有产生对头碰撞的强烈相互作用.293031a).坐标交换算符P X ,它使两个粒子空间坐标交换:,对于两核子系统,其相对坐标为: , P X 的作用相当于坐标反演.),,,(),,,(21122121σσψσσψr r r r r r r r r r r r P x =21r r r r r −=常用交换算符P 来描述交换力:对于奇偶宇称态ψo ψe, 分别有:P x ψo= -ψo, Pxψe= ψe.即Px= (-1)l .l为相对运动轨道角动量.Px表征的交换力,最早由马约兰纳(Majorana)提出, 称Majorana力.3233b).自旋交换算符P σ,使两粒子自旋坐标交换:可以证明, P σ表示的交换力由巴特来特(J.H.Batlet)提出, 称Batlet 力.),,,(),,,(12212121σσψσσψσr r r r r r r r r r r r P =P s σσσ=+⋅=−+()/()121121r r34c).坐标和自旋同时交换算符P H :P H = P X P σ= (-1) l +s+1称海森堡(Heiseberg)力.P r r r r H ψσσψσσ(,,,)(,,,)r r r r r r r r 12122121=引入交换算符后, 相应的相互作用势可以写成:V(r) PX ,V(r) Pσ, V(r) PH.V(r) ⎯没有交换的中心力, 维格纳力,V(r) PX= (-1)l V(r) , 马约兰纳力,V(r) Pσ= (-1)s+1V(r), 巴特来特力,V(r) PH= (-1)l+s+1V(r), 海森堡力.3536我们前面讨论的散射振幅为:若引入坐标交换力P X , 则用V(r) P X 代替V(r) :由r 变成-r, 中子向后散射振幅才不为零.τπμθd e r V f r q r r h ⋅∫−=)().2/()(2τπμτπμθd e r V d e P r V f r q r q x r r r r h h ⋅−⋅∫−=∫−=)().2/()().2/()(22373. 自旋轨道耦合力在高能散射中, 入射中子经n-p 散射后部分极化,这种极化是由于自旋轨道耦合引起的, 自旋轨道耦合作用势表示为V s l :S 为两核子系统的自旋, l 为相对运动轨道角动量. S=0时,无自旋轨道耦合, 自旋轨道耦合只存在于自旋三重态中.V V r s s l l r r l=⋅()39三. 核力的电荷无关性—镜象核和同位旋多重态1. 核同位旋的分析以前讨论过, |Z-N|/2≤I ≤(Z+N)/2,I 3=(Z-N)/2, 即有I ≥|I 3|.通常认为I=|I 3|为它的基态：2. 镜像核将一个核中的所有质子换成中子，所有中子换成质子而形成另外一个核, 这样的两个核互为镜像核。
例如:.2/||||3N Z I I −==40镜像核的A 相同,基态I 亦同,可期望它们有相同的基态性质和能级结构, 确实如此,它们基态能量差: 镜像核性质相似表明核力的电荷对称性。
3. 同位旋多重态A 相同,I 同,J P 也同,仅I 3不同的态称为I 的多重态,例如, 的多重态, 能级J P 和能量对应清晰, ,表明核力电荷无关性..1|| , ;2/1|| ,3614881463473374==I O C I Li Be 和和473374Be Li 和.),(2c p n m B E c Δ+Δ=Δ1I ,,646362=Be Li He 和, ,2),(c p n m B E c Δ+Δ=Δ四. 核力的主要特性与核子-核子相互作用势1. 核力的主要特性通过对氘核的基态, 低能及高能核子散射实验的研究, 我们对核力有相当的认识, 其特性如下:42A).核力为短程力,有效力程约为2 ∼3 F, 且为强吸引力.= 0.4F B).核力有排斥芯,当两个核子间距r < rc时, 核力表现为斥力.C).核力与自旋有关，自旋三重态与单态两核子相互作用不同.43D).核力有非中心力成分,出现于自旋三重态之中.E).核力有自旋轨道耦合力成分,也是在自旋三重态之中.F).核力具有交换力.有交换力与排斥芯的核力可以解释核力的饱和性.G).核力近似与电荷无关.44两核子间相互作用势与两核子自旋与宇称状态有关, 即自旋三重态与单态、偶奇宇称态是不同的. 共有四种：3V+：自旋三重态偶宇称势，3V-：自旋三重态奇宇称势，1V+：自旋单态偶宇称势，1V-：自旋单态奇宇称势.其中1V+1，1V-仅包括中心势.4749I 3π= π/2, I 3ν= -ν/2,对于两个核子系统的总同位旋, 与角动量相加规则一样:为两个核子体系同位旋矢量和.)2()1(I I I r r r +=两个核子体系同位旋I, I 3的共同本征态有以下几种, 我们将同位旋波函数记为ξ:。
物理鲁科版选修3-5学案：知识导航第四章第3节核聚变含解析
第3节 核聚变思维激活太阳会“死亡”吗?提示：太阳是一颗黄矮星，黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约50亿岁.随着太阳的衰老，其光度会稳定增加.在未来大约50亿年之内，太阳内部的氢元素几乎会全部消耗,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升，这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。
由于氦燃烧产生的能量比氢燃烧产生的能量多，因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中.当转向新燃料的过程结束时，太阳的质量将会稍微下降,外层将延伸到地球或者火星目前运行的轨道处（这是由于太阳质量的下降，这两颗行星将会离太阳更远)。
由于太阳能量的增长与半径的增长不相称，太阳表面的温度将比现在低，从而变成一颗红巨星。
这颗红巨星再经过几十亿年后，氦燃料也将消耗完毕.像第一次消耗完氢燃料一样,太阳的内核又会收缩，内部温度上升.对于很大的恒星来说，这一次坍缩会导致碳元素的聚变。
然而，由于太阳的质量不足以产生碳聚变,这样它将变成一颗白矮星.随着内部温度和光度的降低，最终变成一颗不发光的黑矮星。
自主整理 1。
轻核聚变由轻核结合成质量较大的核叫__________. 例子：H 12+H 31→He 42+n 10+17。
6 MeV ，平均每个核子释放3.52 MeVH 31+H11→He 42+19。
2 MeV ，平均每个核子释放4.8 MeV平均每个核子在聚变放出的能量大约是裂变放出能量的__________.2.可控热核聚变反应(1）产生轻核聚变的条件要使轻核发生聚变,必须使原子核距离在___________的范围内，产生轻核聚变的条件是___________.必须使轻核具有很大的动能，才能使它们接近到10—15 m发生聚变。
因此聚变又叫___________。
太阳内部和许多恒星内部都在激烈地进行热核反应，辐射出大量的能量.(2)热核反应和裂变反应相比，具有许多优越性.热核反应释放能量比裂变反应________;热核反应产生放射性物质处理起来比裂变反应产生放射性物质________；热核反应用的氘,储量丰富;轻核聚变更安全，实现核聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了.(3）受控热核反应：对反应采用________和________.我国自行研制可控热核反应装置“________”于1984年9月启动.具有国际先进水平的可控热核反应实验装置“________”于1994年安装成功，标志我国在研究可控热核反应方面具有一定的实力.可控热核反应将为人类提供更为巨大的能源.高手笔记1.使核发生聚变反应，必须使它们接近到10-15 m.由于原子核带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服电荷之间的很大的斥力作用，这就要使核具有很大的动能才行。
物理高考知识点必修四
物理高考知识点必修四物理作为自然科学的一门学科，研究物质的本质、运动和相互作用规律。
在高考物理考试中，学生需掌握一定的物理知识点，其中包括必修四的内容。
本文将为您介绍必修四中的一些重要知识点。
第一章电磁现象的基本概念和电磁场1.1 电荷和电场- 电荷的基本性质和分类- 原子的电结构和电中性- 电场的概念和性质- 电场的叠加原理和电场强度计算1.2 静电场- 静电场中的静电力和电场能- 高斯定理和其应用- 电势能和电势差- 电容和电容元件第二章电流和电阻2.1 电流和电路- 电流的概念和电流密度- 串联和并联电路的特点和计算- 欧姆定律和其应用- 电功和功率2.2 电阻和电阻元件- 电阻的概念和分类- 电阻的串、并联和混联计算- 稳态和稳定性- 温度和电阻的关系第三章电磁感应和电磁波3.1 磁场和电磁感应- 磁场的基本性质和分类- 安培力和洛伦兹力- 楞次定律和法拉第电磁感应定律- 电动势和自感现象3.2 电磁场和电磁波- 电磁波的基本性质和分类- 光的速度和电磁波的传播- 光的折射和反射- 光的干涉和衍射第四章光学4.1 几何光学- 光的直线传播和光线追迹法则- 凸透镜和凹透镜的成像规律- 人眼的构造和调节- 视觉现象和视差4.2 光的波动性- 光的波粒二象性- 杨氏双缝干涉和杨氏单缝衍射- 光的偏振和涡旋光第五章原子核的结构和放射性5.1 原子核的结构- 质子、中子和电子- 原子核的结构和核力- 同位素和同位素标记法- 核衰变和核反应5.2 放射性和辐射防护- 放射性的概念和分类- 放射性衰变和放射性测定- 辐射防护和辐射应用- 核能的利用与问题以上是物理高考必修四的主要知识点概述。
掌握这些知识点，对于高考取得好成绩至关重要。
希望本文为您的学习提供了帮助和指导！。
第4章第1节核力与核能
第4章第1节核力与核能第1节核力与核能学习目标知识脉络1.认识核素图，知道核力的概念及特点．(重点)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．(重点)3.理解结合能及平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损．(难点)4.掌握爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能应用质能方程进行计算．(重点)核力与核的稳定性[先填空]1．核力把原子核中的核子维系在一起的力．2．核力特点(1)核力是短程力，作用范围在2 f(1 f＝10－15 )左右，它不能延伸到3 f以外．(2)当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力．(3)核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1 f，库仑力是200 N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用．3．核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子．4．核素图用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象．5．核的稳定性(1)核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域．(2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越越大于质子数．[再判断]1．原子核内的质子间均存在核力和库仑力．(×)2．稳定原子核的质子数总是与中子数相等．(×)3．对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用．(√)[后思考]原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？【提示】组成原子核的相邻的核子间存在核力．[核心点击]1．原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；对于较重的原子核，中子数大于质子数．越重的原子核，两者相差越多．2．形成原因及原子核的稳定性(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了．这时，不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性．(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．所以，原子核的大小也受到限制．1．(多选)关于核力，下列说法中正确的是( )A．原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B．核力既可能是引力，又可能是斥力．核力对核子做正功，原子核要释放核能D．原子核内相距较远的两个核子间没有核力作用，但一定有库仑力作用【解析】核力表现为引力时随核子间距离的增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故B正确；核力是短程力，只有在2.0×10－15 左右的范围内起作用，故A 正确；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故正确；原子核内两核子相距较远时没有核力作用，核内质子与中子间不会有库仑力作用，D错误．【答案】AB2.核子结合成原子核的下列说法中，正确的是( )A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加D．质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用【解析】由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 ，故错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．【答案】 D结合能与平均结合能[先填空]1．结合能核子结合成原子核所释放的能量．2．平均结合能(1)定义：平均每个核子的结合能．(2)意义：平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子．3．质量亏损(1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损．(2)能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为ΔE＝Δ2.[再判断]1．原子核的核子数越多，平均结合能越大．(×)2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×)3．结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．(×) [后思考]有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？【提示】不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．[核心点击]1．对平均结合能的理解(1)平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等质量的核平均结合能最大、最稳定．(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就要释放核能．2．质量亏损、质能方程及核能的计算(1)质量亏损：①科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等．例如，精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出．②Δ是核反应前与核反应后的质量之差．(2)质能方程E＝2爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量()之间存在着密切的关系，即E＝2，式中为真空中的光速．爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比．由于2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的．(3)核反应中由于质量亏损而释放的能量ΔE＝Δ2从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δ的关系：ΔE＝Δ2.3．下列关于平均结合能的说法正确的是( )A．核子数越多，平均结合能越大B．核子数越多，平均结合能越小．结合能越大，平均结合能越大D．平均结合能越大，原子核越稳定【解析】中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大，故A、B、均不正确．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确．【答案】 D4．(多选)关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是( )A．E＝2中的E是物体以光速运动的动能B．E＝2是物体各种形式能的总和．由ΔE＝Δ2知，在核反应中亏损的质量Δ转化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δ2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量被放出的能量带走【解析】爱因斯坦的质能方程E＝2表明，物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，故A错误，B正确．ΔE＝Δ2表明，在核反应中亏损的质量Δ将产生ΔE＝Δ2的能量，只是以另一种形态的质量(动质量)释放出，与这部分质量Δ相对应的能量为Δ2，而绝不是质量转化为能量了，故错误，D正确．【答案】BD5．三个α粒子结合成一个碳12 6，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u．(1 u＝1.66×10－27 kg) 【导学号：64772051】(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少eV?【解析】(1)342He→12 6＋ΔE(2)Δ＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 uΔ＝0.007 8×1.66×10－27 kg＝1.294 8×10－29 kg ΔE＝Δ2≈1.165×10－12 .(3)ΔE＝1.165×10－121.6×10－19eV≈7.28×106 eV ＝7.28 eV.【答案】(1)342He→12 6＋ΔE(2)1.165×10－12 (3)7.28 eV核能的两种单位换算技巧(1)若以kg为质量亏损Δ的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δ2.(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δ×931.5 eV.(3)两种方法计算的核能的单位分别为“”和“eV”，1 eV＝1×106×1.6×10－19 ＝1.6×10－13 .学业分层测评(十一)(建议用时：45分钟)学业达标]1．关于核力的下列说法正确的是( ) 【导学号：64772106】A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力．核力是短程力D．核力与电荷有关【解析】核力是短程力，故对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错．【答案】2．(多选)下列说法中正确的是( )A．质子与中子的质量不等，但质量数相等B．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力．同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力【解析】质子和中子的质量不相等，但差别不大，质量数相等，故A对．核子之间的核力随距离变化而变化，并不总大于库仑力，故B错．同位素之间质子数相同，中子数不同，质量数也不同，故对．核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，但质子与中子之间、中子与中子之间没有库仑力，D错误．【答案】 A3．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核时，产生γ光子，由此可见( )A．氘核的质量等于质子和中子的质量之和B．氘核的质量小于质子和中子的质量之和．核子结合成原子核时会释放核能D．原子核分解成核子时会释放核能【解析】由于结合时产生γ光子，即产生能量，故反应中有质量亏损，但反应过程中质量数守恒，B正确，A错误．质子和中子统称核子，该反应为核子结合成原子核的反应，故对，D错．【答案】 B4．(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是( )【导学号：64772052】A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能大【解析】原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量．对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能．不同原子核的平均结合能不同．重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小．综上所述，正确选项为A、B、.【答案】AB5．(多选)对公式ΔE＝Δ2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔB．如果物体的质量增加了Δ，它的能量也一定相应增加Δ2．Δ是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δ【解析】一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δ，即发生质量亏损，如果物体的质量增加了Δ，它的能量一定相应增加Δ2，所以选项A、B、D正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项错误．【答案】ABD6．某核反应方程为21H＋31H―→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7u，则X是________，该反应________(填“释放”或“吸收”)能量．【解析】由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H＋31H―→42He＋10X，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量1＝2.013 6 u ＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量2＝4.002 6 u ＋1.008 7 u＝5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量．【答案】中子释放7．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 eV的能量，真空中光速为，当质量分别为1和2的原子核结合为质量为的原子核时释放出的能量是____________．【解析】1、2、的单位是kg，Δ＝1＋2－其单位也为kg，由ΔE＝Δ2可得核反应过程释放的能量ΔE＝(1＋2－)2.【答案】(1＋2－)28．如下一系列核反应是在恒星内部发出的，p＋12 6→13 7N 13 7N→13 6＋e＋＋νp＋13 6→14 7N p＋14 7N→15 815 8→15 7N＋e＋＋νp＋15 7N→12 6＋α.其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为一种中微子．已知质子的质量为p＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的质量为α＝6.644 929×10－27 kg，正电子的质量为＋e＝9.11×10－31 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速＝3.00×108 /s.试计算该系列核反应完成后释放的能量．【解析】将题中的几个核反应方程左右分别相加，消去两边相同的项，上述系列反应等效为：4p→α＋2e＋＋2ν，质量亏损Δ＝4p－(α＋2＋e)＝4×1.672 648×10－27 kg－6.644 929×10－27 kg －2×9.11×10－31 kg＝0.043 841×10－27 kg，释放的能量ΔE＝Δ2＝0.043 841×10－27×(3.00×108)2≈3.95×10－12 .【答案】 3.95×10－12能力提升]9．(多选)如图4­1­1是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象．下列说法中正确的是( ) 【导学号：64772107】图4­1­1A．若D、E能结合成F，结合过程一定释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定吸收能量．若A能分裂成B、，分裂过程一定释放能量D．若A能分裂成B、，分裂过程一定吸收能量【解析】由图可知Fe原子核的核子的平均质量最小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A 正确，选项B错误；因为、B核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、过程一定要释放能量，所以选项正确，选项D错误．【答案】 A10．一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为Δ，已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为，若1 l氘和1 l氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为________．【解析】根据爱因斯坦质能方程，一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核并放出一个中子时释放的能量为Δ2,1 l氘和1 l氚完全发生上述核反应，释放的能量应为Δ2的NA倍，即为NAΔ2.【答案】NAΔ211．一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)【解析】(1)由质量数和电荷数守恒可得73Li＋11H→242He.(2)核反应的质量亏损Δ＝Li＋p－2α＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg.释放的能量ΔE＝Δ2＝3.09×10－29×(3×108)2 ＝2.78×10－12 .【答案】(1)73Li＋11H→242He (2)2.78×10－1212．如果需把16 8分成8个质子和8个中子，要给它多少能量？要把它分成4个42He，要给它多少能量？已知16 8的核子平均结合能是7.98 eV，42He的核子平均结合能是7.07 eV.【解析】把16 8分成8个质子和8个中子需提供的能量为ΔE1＝16×7.98 eV＝127.68 eV.将2个质子和2个中子结合成一个42He所放出的能量为ΔE2＝4×7.07 eV＝28.28 eV.则将16 8分成4个42He需提供的能量为ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68 eV－4×28.28 eV＝14.56 eV.【答案】127.68 eV 14.56 eV。
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高中物理新教材目录廖启林必修一：第一章运动的描述81 质点参考系和坐标系92 时间和位移 123 运动快慢的描述──速度 154 实验：用打点计时器测速度 195 速度变化快慢的描述──加速度 25第二章匀变速直线运动的研究301 实验：探究小车速度随时间变化的规律 312 匀变速直线运动的速度与时间的关系 343 匀变速直线运动的位移与时间的关系 374 匀变速直线运动的位移与速度的关系 415 自由落体运动 426 伽利略对自由落体运动的研究 45第三章相互作用 501 重力基本相互作用 512 弹力 543 摩擦力 574 力的合成 615 力的分解 64第四章牛顿运动定律 671 牛顿第一定律 682 实验：探究加速度与力、质量的关系 713 牛顿第二定律 744 力学单位制 775 牛顿第三定律 806 用牛顿运动定律解决问题（一） 837 用牛顿运动定律解决问题（二） 85必修二：第五章机械能守恒定律501 追寻守恒量 512 功 523 功率 554 重力势能 595 探究弹性势能的表达式 626 实验：探究功与速度变化的关系 647 动能和动能定理 668 机械能守恒定律 699 实验：验证机械能守恒定律 7310 能量守恒定律与能源75第六章曲线运动 11 曲线运动 22 质点在平面内的运动 43 抛体运动的规律 74 实验：研究平抛运动 115 圆周运动 136 向心加速度 177 向心力 208 生活中的圆周运动 23 第七章万有引力与航天 281 行星的运动 292 太阳与行星间的引力 333 万有引力定律 364 万有引力理论的成就 385 宇宙航行 406 经典力学的局限性 45选修3-1：第一章静电场 11 电荷及其守恒定律 22 库仑定律 53 电场强度 104 电势能和电势 155 电势差 206 电势差与电场强度的关系 227 静电现象的应用 247 电容器与电容 298 带电粒子在电场中的运动 33第二章恒定电流 401 电源和电流 412 电动势 433 欧姆定律 464 串联电路和并联电路 485 焦耳定律 536 电阻定律 567 闭合电路的欧姆定律 608 多用电表 639 实验：测定电池的电动势和内阻 6910 简单的逻辑电路72第三章磁场 791 磁现象和磁场 802 磁感应强度 833 几种常见的磁场 864 磁场对通电导线的作用力 915 磁场对运动电荷的作用力 956 带电粒子在匀强磁场中的运动 99选修3-2：第四章电磁感应 11 划时代的发现 22 探究电磁感应的产生条件 63 楞次定律104 法拉第电磁感应定律155 电磁感应规律的应用216 互感和自感257 涡流29第五章交变电流331 交变电流342 描述交变电流的物理量383 电感和电容对交变电流的影响404 变压器445 电能的输送 48第六章传感器551 传感器及其工作原理562 传感器的应用（一）603 传感器的应用（二）654 传感器的应用实例70附一些元器件的原理和使用要点 73选修3-3（修订）第七章分子动理论 11 物体是由大量分子组成的 22 分子的热运动 53 分子间的作用力 84 温度和温标 115 内能 16第八章气体 191 气体的等温变化 202 气体的等容变化和等压变化 233 理想气体的状态方程 274 气体热现象的微观意义 31第九章物态和物态变化371 固体 382 液体 443 饱和汽与饱和汽压 504 物态变化中的能量交换 54第十章热力学定律591 功和内能 602 热和内能 623 热力学第一定律能量守恒定律 654 热力学第二定律 695 热力学第二定律的微观解释 746 能源和可持续发展 81选修3-4第十一章机械振动 11 简谐运动 22 简谐运动的描述 63 简谐运动的回复力和能量124 单摆145 外力作用下的振动18第十二章机械波231 波的形成和传播242 波的图象283 波长、频率和波速304 波的反射和折射335 波的衍射386 波的干涉417 多普勒效应44第十三章光 491 光的折射 502 光的干涉 553 实验：用双缝干涉测量光的 574 光的颜色色散 605 光的 646 波的干涉687 全反射738 激光78第十四章电磁波1 电磁波的发现822 电磁振荡853 电磁波的发射和接收884 电磁波与信息化社会925 电磁 98第十五章相对论简介1 相对论的诞生 1042 时间和空间的相对性 1073 狭义相对论的其他结论1144 广义相对论简介117第十六章动量守恒定律 11 实验：探究碰撞中的不变量 22 动量守恒定律（一） 63 动量守恒定律（二） 114 碰撞 145 反冲运动火箭 196 用动量概念表示牛顿第二定律 23第十七章波粒二象性 271 能量量子化：物理学的新纪元282 科学的转折：光的粒子性323 崭新的一页：粒子的波动性404 概率波 445 不确定的关系46第十八章原子结构 511 电子的发现522 原子的核式结构模型573 氢原子光谱604 玻尔的原子模型 63第十九章原子核 731 原子核的组成742 放射性元素的衰变793 探测射线的方法 834 放射性的应用与防护 865 核力与结合能906 重核的裂变 947 核聚变 1008 粒子和宇宙 103。
《原子核物理》(辐照方向)课程大纲
《原子核物理》课程教学大纲课程性质：专业基础课教学对象：核工程与核技术辐射化工专业本科学生学时学分：54学时 3学分编写单位：核工程与技术学院编写人：杜纪富审定人：编写时间：2011年5月一、课程说明1、课程简介本课程是原子物理学课程的姊妹篇，它以阐述原子及原子核的结构、特性为中心。
主要内容包括核结构模型、原子核的放射性、α衰变、β衰变、γ衰变、核反应及核能和放射性的应用等。
2、课程教学目标本课程是近代物理学中的一个重要领域。
通过该门课程的学习，使学生了解和掌握原子核的基本性质和结构、放射性现象及一般规律、原子核反应、射线与物质的相互作用、离子加速器、原子能的利用、核技术及应用、粒子物理的一些简单理论，为学生将来继续学习核工程与核技术的课程奠定理论基础和实验技术能力。
3、预修课程与后续课程大学物理、量子力学、原子物理学4、教学手段及教学方法建议原子核物理学是现代物理学的重要内容，作为应用物理专业的学生，原子核物理学的基础知识理论成为必要的学习内容。
因此本门课程首先把基础知识和基本技能教给学生，使得学生扎实地学好，然后再介绍相关现代科学技术的重要成果。
本课程以讲授为主，然后在课程中会介绍与核辐射相关的案例以及实验等。
5、考核方式平时成绩占30%（考勤、课堂表现和作业），闭卷考试成绩占70%。
6、指定教材杨福家等著，原子核物理（第一版）复旦大学出版社，19937、教学参考书[1] 卢希庭主编，原子核物理，原子能出版社，2000年[2] 王炎森、史福庭，原子核物理学，原子能出版社， 1998年8、教学环节及学时安排表1 课程学时分配表9、教学大纲修订说明二、教学内容第一章原子核物理（8学时）教学目标1、了解原子核物理的研究对象及其发展历史2、理解原子核是由核子（中子和质子）组成的，原子核半径的两种含义。
3、理解原子核的结合能及其与质量的关系。
4、了解原子核的自旋、磁矩、电四极矩、宇称的定义。
本章重点1、原子核半径的两种含义以及结合能与质量的关系。
高中物理(鲁科版选修35)课件：第4章 第3节 第4节 核聚变 核能的利用与环境保护
[核心点击] 1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能，有 一种办法就是把它们加热到几百万开尔文的高温． 2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加， 因此聚变反应是一个放能反应．
[核心点击] 1．核能利用 核原料提供的能量巨大，1 kg 铀释放的全部能量大约相当于 2 700 t 标准煤 完全燃烧放出的能量．地球上的常规能源一般都无法跟核能相比．除铀外，钍也 是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为 广阔．热核反应所需的氘更是储量丰富．核原料的运输和储存方便，如：一座 100 万千瓦核电站一年所需原料铀，只需 6 辆卡车就可全部运到现场． 核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘， 有利于环境保护．
3．核能的优势 (1)核能发电比燃煤发电的成本_低___． (2)核电站对环境污染比燃煤发电_小__得__多___． 4．核能利用存在的危害 (1)核废料的高__辐__射__性__． (2)放射性物质泄漏，产生_核__污__染___． (3)核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏．
[再判断] 1．太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核 反应的进行．(√) 2．磁压缩装置中的环形线圈通电后可以产生磁场，将等离子体约束在环形 真空室内．(√) 3．目前，可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电．(×)
高中物理第四章原子核第五节裂变及聚变课件粤教版选修3-5
3．为了使铀核裂变时放出的中子再引起其他铀核裂 变，使裂变反应不断地进行下去，形成链式反应，最好 是利用铀 235；铀块的体积必须大于其临界体积，如果体 积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，链式反应 就不会发生．
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
判断正误 (1)裂变中放出的中子数目是固定的 3 个中子．(×) (2)只有铀块的体积大于临界体积时，才能够发生链 式反应．(√)
答案：D
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
知识点二 受控热核反应 提炼知识 1．核聚变：比铁轻的两个轻核聚合成一个较重的核 时，会释放出能量来，我们把这种核反应叫核聚变．
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
2．热核反应：要使核发生聚变，必须使它们接近到 10 －15 m，也就是接近到核力能够发生作用的范围．由于原子 核都是带正电的，要使它们接近到这种程度，必须克服电 荷之间强大的斥力．这就要使核具有足够的动能，就要给 核加热，物质达到几百万度以上的高温时，原子的核外电 子已经完全和原子脱离，这时小部分原子核就具有足够的 动能，能够克服相互间的库仑斥力，在互相碰撞中接近到 可以发生聚变的程度．因此，这种反应又叫作热核反应．
(1)核子受激发：当中子进入铀 235 后，便形成了处 于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核 变成不规则的形状．
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减 弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块， 同时放出 2～3 个中子，这些中子又引起其他铀核裂变， 这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核 能.
高中物理第四章原子核第五节裂变 和聚变课件粤教版选修3-5
《现代科学技术导论(第四版)》电子教案 第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
七、夸克模型
• 1964年，盖尔曼 〔M.Gell－Mann, 1929-〕和兹瓦格 〔G .Zweig〕分别独 立提出了形象的、易于 理解的强子结构模型— 夸克模型,该模型认为 “强子是由三个更根本 的粒子(现记为上夸克、 下夸克、奇异夸克)组 成〞。
现代科学技术导论-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
六、第一代“根本粒子〞
• 汤川秀树的理论被确立之后，原子核内相互作用的 理论研究开始活泼起来。π介子发现以后,许多物理 学家认为,组成物质的根本单元〔称为第一代根本粒 子〕都找到了。
• 物理学家立即认识到原子核由质子p和中子n组成， 通常就把质子和中子称为核子。核子由比电磁相互 作用〔电磁力〕更强的相互作用——核相互作用 〔核力〕结合成原子核，否那么，原子核就会因为 带正电荷的质子间的斥力而崩解。核力就是强相互 作用力。核力仅在原子核线度〔约10-13cm〕范 围内呈现，它是短程力，粗略地说，核力是一种强 吸引的短程力。
现代科学技术导论-第1篇第4章宇宙的结构层次和物质
• 十、粒子物理面临的挑战 20世纪60年代以来，粒子物理学有很大进展，但 仍有许多根本问题需要解决。如：为什么看不见夸 克？夸克和轻子有没有结构?难道它们是最根本的 吗?标准模型预言的希格斯粒H子为什么至今尚未发 现?弱作用下粒子反粒子变换—宇称联合反演对称 性〔CP)破坏的来源是什么?这些问题都是今后粒 子物理要研究的课题。标准模型仍存在着问题，人 们希望能在理论和实验上取得新的结果，使标准模 型有所突破。物理学的根底是实验，因此，人们寄 希望于未来的超高能和高亮度加速器。
• 大约在公元前400多年， 古希腊哲学家德谟克利 特把构成物质的最小单 元叫做“原子〞，认为 宇宙万物乃至灵魂都是 由这种不可分割的原子 构成的。
原子核物理复习考点
第一章：自旋、宇称、同位旋自旋：原子核的角动量，通常称为核的自旋，是原子核的最重要的特性之一。
宇称：宇称是微观物理领域中特有的概念。
它描写微观体系状态波函数的一种空间反演性质。
设某一体系状态的波函数Ψ(x)。
当它作空间反演时(即x~-x)，Ψ(一x)=Ψ(x)，我们称这波函数具有正的(或说偶的)宇称，也就是该体系的宇称为正。
当Ψ(-x)=-Ψ(x)，则称这波函数具有负的(或说奇的)宇称。
当考虑原子核中的诸核子在某种有心场中独立运动时，则诸核子波函数的宇称由其轨道量子数l决定。
原子核波函数可近似地考虑作诸核子波函数的乘积。
因此，原子核的宇称πN可看作诸核子的轨道宇称之积:同位旋：反映自旋和宇称相同、质量相近而电荷数不同的几种粒子归属性质的量子数。
粒子的性质之一。
第二章：结合能、液滴模型、结合能的半经验公式原子核的质量比组成它的核子的总质量小，表明由自由核子结合而成原子核的时候，有能量释放出来。
这种表示自由核子组成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。
核素的结合能用B(Z,A)表示。
根据相对论质能关系，它与核素的质量亏损△M(Z,A)的关系是B(Z,A)= △M(Z,A)c2液滴模型是早期的一种原子核模型，它将原子核比作一个液滴，将核子比作液体中的分子。
从比结合能曲线看出，原子核平均每个核子的结合能几乎是常量。
说明核子间的相互作用力具有饱和性，否则B将近似地与A2成正比。
这种饱和性与液体中分子力的饱和性类似。
二是从原子核的体积近似地正比于核子数的事实知道，核物质密度几乎是常量，表示原子核是不可压缩的，这与液体的不可压缩性类似。
由于质子带正电，原子核的液滴模型把原子核当作荷电的液滴。
基于液滴模型，并考虑了对称能和对能，球形原子核的结合能半经验公式是体积能、表面能、库仑能、对称能、对能第四章：核力的主要性质第五章α衰变的能量、库仑势垒、α衰变的量子理论、禁戒因子α衰变的能量：E d、E k和E R分别为衰变能、a粒子动能和子核(也叫反冲核)的动能，原子核要自发地发射a粒子，显然必要的条件是衰变能大于零。
高中物理 第四章 核能 4.4 核能的利用与环境保护 核反
2．聚变 (1)核聚变：某些轻核结合成质量数较大 的原子核的反应过程叫做核聚变． (2)核聚变特点：①聚变过程放出大量的 能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反 应中每个核子放出的能量大3至4倍．②聚变 反应比裂变反应更剧烈。③对环境污染较 少．④自然界中聚变反应原料丰富． 2 3 4 1 H ＋ H → He ＋ (3)典型的聚变方程： 1 1 2 0n
(3)每个核子只跟相邻核子发生核力作用(饱和 性)． (4)原子核中质子与中子的比例受核力与电磁的 作用而呈现一定的规律性．
2．为什么中等质量的原子核比较稳定 原子核的结合能与核子数之比叫做比结合 能(也叫平均结合能)，它反映了一个原子核结合 的紧密程度与牢固程度；平均结合能越大原子 核越稳定．不同原子的比结合能不一样，中等 大小的原子核的比结合能较大，因此这些原子 核较稳定．
►深化拓展◄ 核反应中的质量亏损与质量守恒矛盾吗 质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的 情况下，根据爱因斯坦的质能方程，系统能量 减少，质量自然就减少了．当系统的质量减少 Δm时，系统的能量就减少了ΔE，减少的能量向 外辐射出去了．减少的质量转化为光子的质量， 减少的能量转化为光子的能量．
虽然光子的静止质量为 0，但在光子的辐射过程中，具有 能量 E＝hν，所以运动的光子具有一定的质量．光子运动的 速度始终为 c，E＝hν＝mc2，所以当一个光子的频率为 ν 时， hν 它的质量为 m＝ 2 .因此核反应过程中，亏损的质量就等于产 c 生的光子的质量，反应前后质量仍然守恒．
考点二 核力 核能 ►基础梳理◄ 1．核力：核子之间的相互作用力叫核 力．它是短程力． 2．结合能：由于原子核之间存在着强大的 核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力 做功，即要提供一定的能量；反过来，根据能 量转化与守恒定律可知，核子在结合成原子核 时要放出一定的能量，这个能量称为结合能． 3．质量亏损：核子在结合成原子核的过程 中质量减少了称为质量亏损．