高三物理:到底什麼是結合能與比結合能?搞定這兩個難懂的概念

高三物理結合能這個概念,是《核力與結合能》一節的一個教學難點,很多學生將原子核具有的能量與結合能搞混淆,也會將比結合能與平均每個核子具有的能量搞混淆。在學習的過程中,沒有搞明白核子變成原子核的過程對理解結合能這個概念的重要性。本文試圖從結合能與比結合能概念的形成過程來辨析這兩個概念,希望對大家有些幫助。

高三物理:到底什麼是結合能與比結合能?搞定這兩個難懂的概念

一、結合能的概念

結合能的定義

原子核是由核子(質子、中子)結合在一起構成的,要將原子核分開成一個個核子,需要能量;這些相互吸引的核子最終結合在一起,也會釋放能量,所以,結合能的概念可以從兩方面來定義。

自由核子結合成原子核的過程中釋放出來的能量,叫做該原子核的結合能;將原子核拆分成自由核子時所需要最小的能量,也叫做該原子核的結合能。

從能量守恆的角度可知,以上兩種定義是等價的。

在一個原子核的基礎上,再結合一些核子(或原子核),形成更大更重的原子核時,會繼續釋放能量,顯然,拆分更大更重的原子核成自由核子,需要的能量也就更多。所以,原子核越大越重,其結合能也越大。

二、比結合能的概念

1、比結合能的定義:原子核的結合能與原子核內核子數的比值,叫做比結合能,也叫作平均結合能。也就是在結合成原子核(或者原子核拆分成自由核子)的過程中,平均每個核子釋放出來(吸收)的能量。

比結合能越大,意味著拆開每個核子所需要能量更多,因此,原子核的比結合能越大,原子核越穩定。

2、原子核的比結合能曲線與平均核子質量曲線

(1)比結合能曲線

不同的原子核,其比結合能不一樣。下圖為不同原子核的比結合能隨核子數變化的曲線。

高三物理:到底什麼是結合能與比結合能?搞定這兩個難懂的概念

從圖可知,較輕核和較重核的比結合能都較小,Fe(核子數56)的比結合能最大。

(2)平均核子質量曲線


高三物理:到底什麼是結合能與比結合能?搞定這兩個難懂的概念

比結合能,就是平均每個核子釋放出來的能量,釋放出來的越多,平均每個核子

剩下的能量就越少,所以,平均每個核子的質量也就越小(相比較自由核子而言就約“瘦”),如上圖所示,為平均核子質量曲線,Fe(核子數56)原子核的平均核子質量最小。

三、核能的釋放

從核子平均質量圖來看,當較重的原子核A裂變成兩個較輕的原子核B、C時,或者兩個較輕的原子核D、E聚合成原子核F時,平均核子質量都會減小,也就是變化後的總質量會更小,因此存在著質量虧損,也就會有核能釋放。

類似於原子核A裂變成兩個較輕的原子核B、C的核反應,稱為核裂變,比如原子彈;類似於原子核D、E聚合成原子核F的核反應,稱為核聚變,比如氫彈。

高三物理:到底什麼是結合能與比結合能?搞定這兩個難懂的概念

關於結合能與比結合能的概念,需要從原子核形成的過程去理解,緊扣定義的形成過程,仔細揣摩,認真領會。


分享到:


相關文章: