走出“结合能、比结合能”认识的误区

2014-07-25陆光华

物理教师 2014年11期

关键词：质量数核子原子核

陆光华

（江苏省兴化中学，江苏兴化 225700）

“结合能、比结合能”是高中物理的一个难点.在教学实践中笔者注意到，学生在学习完本节内容后往往对本节内容存在种种认识误区，本文列举了一些常见的认识误区，并对其进行分析、讲解.

误区1：结合能是由于核子结合成原子核而具有的能量.

由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化.可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量.这个能量叫做原子核的结合能.

因此，结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把原子核分解为单独核子而需要提供的能量，或者是单独核子结合成一个完整的原子核所释放出来的能量.

误区2：所有核反应都释放能量，所释放的能量就是结合能.

（1）并非所有的核反应都是放能反应，例如，我们把原子核拆成单独核子就需要吸收能量，只不过我们在学习中接触的释放能量的核反应比较多而已.

误区3：核反应中质量数守恒，因此核反应中不应有质量亏损.

质量数是将原子核内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加而得到的数值.由于一个质子和一个中子相对质量取近似整数值时均为1，所以质量数＝质子数＋中子数.

图1

因此在核反应中尽管核子的数目不变（质量数守恒），但是核内每个核子仿佛“瘦了”一些，出现了质量亏损，使得组成原子核后总质量变小.

误区4：核反应前后质量出现亏损，因此反应前后质量不守恒.

误区5：由ΔE＝Δmc2，核反应中物体质量亏损转化为能量释放出来.

质能方程E＝mc2，是爱因斯坦从其相对论中得出的结论，它能反映物体的质量和该物体所具有的能量之间存在着简单的正比关系，且其比例系数为真空中光速的平方.

我们既不能认为质量就是能量，因为质量和能量是两个不同的物理量；也不能理解为质量可以转化为能量，不同形式的能量可以相互转化，质量又怎么能转化成能量呢？打个比方，我们到操场上跑步，在能量转化过程中出了一身汗，人的质量变小了，但我们不能说，人的质量变小转为能量.能量来源于我们自身的化学能，我们跑步时间长了，肚子饿了，要吃东西补充能量.

所以说，质量和能量是两个不同性质的物理量，释放出来的核能不是物体的质量转化来的，是物体自身所蕴藏的能量释放出来，本质上还是能与能的转化.

另外需要提醒的是，不少资料上“1u＝931.5MeV”的写法是错误的，因为质量和能量是两个不同的物理量，可以写成“1uc2＝931.5MeV”.

误区6：Fe的比结合能最大，意味着它最稳定，那为什么铁容易氧化？

比结合能是结合能与核子数之比，也叫平均结合能.比结合能越大，意味着把这样的原子核拆开，平均每个核子所提供的能量多，这表明原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.如图2所示，从比结合能图像看，中等核子比结合能大，表明中等核子原子核更稳定，其中比结合能最大的是质量数为56的铁，这表明铁原子核最稳定.但铁容易被氧化是电子的得失，与原子核无关，是其化学性质的体现.