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流浪地球高考知识点之核聚变,核聚变减少的质量是质子还是中子呢?

高考资讯 来源:网络 编辑:付付 2019-02-18 10:31:12 浏览:

  核聚变减少的质量是质子还是中子呢?今年新年档的电影《流浪地球》爆红,也掀起了大家对科幻知识的了解,对于高考生来说,流浪地球里面蕴含的物理的知识也是非常多的,其中就有核聚变的相关知识点,下面我们就详细解读一下关于核聚变知识。

  能量本身有质量

  按照质能方程E=mc2,所以,一个弹簧压紧了,因为有弹性势能,质量就会增加一点点。同样一个飞轮,当高速旋转时,因为有了旋转动能,它的质量也会增加一点点。只是这种质量的增加比例很少很少,我们用仪器完全测不出来。比如弹力100kg的弹簧压紧,质量增加了约0.5克/万亿。那么如果是核聚变质量变化呢?

流浪地球高考知识点之核聚变,核聚变减少的质量是质子还是中子呢?

  核子的质量

  核子(质子或中子)本身有势能,相互间结合可以释放一部分势能,所以质量减少了。

  太阳上的核聚变是4个氢原子聚变成1个氦原子核,质量变化为0.63%

  氢原子核的相对质量是1.007,(就是比标准的质子质量稍大了一点点)。

  氦原子核的质量是4.0026,它比4个氢原子质量稍小,1.007*4=4.028>4.0026,这个质量差,就是核聚变可以释放的能量。

流浪地球高考知识点之核聚变,核聚变减少的质量是质子还是中子呢?

  这里要说明一下,如果是考虑原子的特性,质子和中子应该分开看,因为这里很大程度是电荷数决定了原子特性。而如果是考虑原子核的特性,则质子、中子是一样的,它们的都是核子,都是3个夸克通过强核力组成的。原子核的特性,只与核子数有关。

  质子在吸收一个电子后可以转变成中子,中子也可以通过β衰变,释放一个电子转变成质子。

  核子的结合能

  质子之间有电斥力,而且质子又很小,所以质子和质子相挨着,这个斥力将变得很大(距离平方反比),所以,质子结合成原子核是很难的。

  原子核中的核子,它们之间有另一种很强的结合力,称之为强核力,这个力量远大于电荷斥力(大约大2个数量级),但缺点是作用距离很短。

  有力的作用,就有势能存在,所以,这个势能就是质量。相距较远的核子比相距较近的核子,存在的势能大,所以4个自由的氢原子核,比一个氦原子核的质量要大。

  夸克的结合能

流浪地球高考知识点之核聚变,核聚变减少的质量是质子还是中子呢?

  如果能把质子(或中子)打开,释放里面的强核力势能,那个能量就高了。一个核子是由3个夸克组成的,但是3个夸克的质量,和一个质子的质量比较,相当于11:938,即,质子中夸克的结合能高达98.8%。所以,如果能把质子打碎,释放的能量将是核聚变的100多倍。

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