回顾质量、能量的定义、单位

2019-09-08 05:21

回顾质量、能量的定义、单位,向学生指出质量不是能量、能量也不是质量,质量不能转化能量,能量也不能转化质量,质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。

从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22mev时,这个反应才会发生。相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核,要放出2.22mev的能量。这表明要把原子核分开成核子要吸收能量,核子结合成原子核要放出能量,这个能量叫做原子核的结合能。

若只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定,所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。

相对论指出,物体的能量(e)和质量(m)之间存在着密切的关系,即e=mc2式中, c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c2这个数值十分巨大,因而物体的能量是十分可观的。

原子核越大,它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能。比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。

那么如何求原子核的结合能呢?爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系,指出了求原子核的结合能的方法。

①物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损指的是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。

由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会大到其间恨本没有核力的作用,这时候再增加中子,形成的核也一定是不稳定的。因此只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。

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的表现出来。

由于核子间存在着强大的核力,原子核是一个坚固的集合体。要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,或者需要巨大的能量。例如用强大的光子照射氘核,可以使它分解为一个质子和一个中子。

②质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量的减少。

若质子与中子成对地人工构建原子核,随原子核的增大,核子间的距离增大,核力和电磁力都会减小,但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定了;

单个的质子、中子的质量已经精确测定。用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量,与同等数量的质子、中子的质量之和相比较,看一看两条途径得到的质量之差,就能推知原子核的结合能。

物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的,但是如何使这样巨大的能量释放出来?从爱因斯坦质能方程同样可以得出,物体的能量变化△e与物体的质量变化△m的关系:△e=mc2