第五章 原子与原子核 第三节 核力与核反应方程 粤教版（2019）高中物理选择性必修第三册 一、原子核的组成 如果原子核只是由质子组成，它的电荷数应该与质量数相等，而实际上绝大部分原子核的电荷数只是质量数的一半或者还少一些。因此，卢瑟福预言原子核内应该还存在着质量跟质子差不多的不带电的中性粒子，他把这种粒子称为中子。后来他的学生查德威克在用射线轰击铍时产生了一种能量较高、贯穿能力很强的中性粒子，并证实这就是卢瑟福所预言的中子。精确的测量表明，中子的质量非常接近于质子的质量，只比后者大千分之一。质子用符号p表示，其质量为????????=????.????????????????×?????????????????????????中子用符号n表示，其质量为????????=????.????????????????×????????????????????????? ? 【理论·探究】 发现中子以后，科学家们很快达成了共识：原子核是由中子和质子组成的，中子与质子的质量几乎相等。组成原子核的中子和质子被统称为核子。由于原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，我们把这个倍数叫作原子核的质量数，原子核的质量数就是核内的核子数。一个质量数为A、电荷数为Z的原子核包含Z个质子和(A-Z)个中子。原子核常用符号????????????表示，其中X为元素符号。 ? 二、核反应方程 【理论·探究】 利用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫作核反应。在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放或吸收，所放出或吸收的能量叫作反应能，这个过程可以用一个核反应方程来表述。例如，前面提到的卢瑟福用α粒子轰击氮核而发现了质子的核反应方程可以写为： ????????????????+????????????????→????????????????+???????????? ? 用α粒子轰击铍核而发现了中子的核反应方程可以写为 ????????????????+????????????????→????????????????+???????????? ? 大量的实验测量表明，在核反应过程中，方程两边总的质量数和电荷数是守恒的。原子核在发生衰变时也具有相同的特点，电荷数和质量数总是守恒的。 三、核力及四种基本相互作用 原子核内部中子不带电，质子带正电，按照库仑定律，核内质子会相互排斥，为什么它们还能稳定束缚在原子核里面呢？ 组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，它使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力被称为核力。实验表明，核力是一种很强的力，在0.5×?????????????????～????×?????????????????的距离内主要表现为引力，在大于????×?????????????????m的距离时核力迅速减小为零，所以核力是一种短程力。在小于0.5×?????????????????的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起。核力属于强相互作用，是自然界四种基本相互作用之一。 ? 存在于一切物体之间的万有引力是另一种基本相互作用，地面上的物体所受的重力就是万有引力在地球表面附近的一种表现。 电荷之间同样存在相互作用。同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引，两个磁体之间也存在类似的相互作用。 19世纪后，人们认识到电荷间、磁体间的相互作用，其本质上是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用被称为电磁相互作用，它也是自然界的一种基本相互作用。 在放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用———弱相互作用。最早观察到的弱相互作用现象是原子核的β衰变，后来又观察到介子、重子和轻子通过弱作用的衰变和中微子散射等弱作用过程。弱相互作用的力程比强相互作用更短，为10-18m，但强度只是强相互作用的10-12倍。 包括爱因斯坦在内的许多物理学家认为四种基本相互作用可能是某种相互作用在不同条件下的不同表现，就像电和磁是电磁相互作用的不同表现形式一样。为此，物理学家做了大量研究工作 ... ...
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