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结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系

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主体活动时间20世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用,原子核中质子间的电磁力比万有引力强1035倍,质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的……

一．核力与四种基本相互作用：

1.四种基本相互作用：

①电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。→长程力

②引力：引力主要在宏观和宇观尺度上作用明显。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。→长程力

电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小

③弱力(弱相互作用):弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力

④强力(强相互作用):在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力

物理学家的思考：四种相互作用之间是否有内在的关系？能否将这四条理论统一起呢？

2.核力：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核的力.

（1）核力是强相互作用的一种表现:在原子核尺度内，核力比库仑力大得多

（2）核力是短程力:约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。

（3）核力存在于核子之间:每个核子只跟相邻的核子发生核力作用的性质

（4）核力具有电荷无关性:对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关.

除核力外原子核内还存在弱相互作用（弱力）:弱力是引起中子－质子转变的原因.弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。

二．原子核中质子与中子的比例:

1.稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子大致相等：对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核

2.重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数: 对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数.

3.若不断增大原子核的中子数，也不能不断增大原子核：由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们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.

爱因斯坦著名的质能方程E=mc2，E表示能量，m代表质量，而c则表示光速常量。 相对论的一个重要结果是质量与能量的关系。质量和能量是不可互换的是建立在狭义相对论基础上，1915年他提出了广义相对论。因为在经典力学中，质量和能量之间是相互独立、没有关系的，但在相对论力学中，能量和质量是可互换的正如爱因斯坦所说“质量就是能量，能量就是质量。时间就是空间，空间就是时间。质量和能量就是一个东西，是一个东西的两种表述。质量就是内敛的能量，能量就是外显的质量。质能方程含义表明，质能方程没有质能转化的含义，质能方程只反映质量和能量在量值上的关系，二者不能相互转化。对一个封闭系统而言，质量是守恒的，能量也是守恒的。在物质反应和转化过程中，物质的存在形式发生变化，能量的形式也发生变化，但质量并没有转化为能量。质量和能量都表示物质的性质，质量描述惯性和引力性，能量描述系统的状态