為什麼裂變後的質子中子平均質量會降低

時間 2022-04-11 19:45:09

1樓:華永怡孝寰

這個問題涉及到量子論初步,高三老師前久才講的,裂變前後中子和質子的能量減小,根據愛因斯坦的質能方程即e=mc^2,減小的能量以光量子的形式發射出,這也就是所謂的質量虧損,虧損的質量以能量的形式存在,因此質量依舊守恆。在有一期的《科學世界》上有介紹,現在普遍認為質子和中子的質量由兩部分組成,靜止質量和動質量,動質量就是e=mc^2中的m,發生質量虧損的就是這部分,因此核子並沒有變,只是能量降低,m減少。

希望能幫到你,這個問題有點麻煩,邏輯上不太好理解,不過想通了就都能理解啦。

2樓:慈千亦飛金

事實上質子中子並沒有變,但是由於核反應釋放了能量,在大學裡可以知道,能量在無論何時都是守恆的(其實動質量也是,但很多人不知道。。),光子放出後帶走了能量。

由質能公式就可以知道,動質量(也就是你稱出來的質量)減少了。

還有一點,求出來的平均質子中子的質量其實還算了他們之間的勢能所顯示的動質量。所以你把它們全部拆開肯定質量變小,也就是放出了能量了。(但是,聚變不是簡單的拆開)

3樓:旅芳澤皇孤

質子和中子結合成原子核時,所有單個質子和中子的總質量總是大於結合後核的質量。這部分質量**去了?變成了能量,變成了結合能。

因為質子和中子結合時要克服它們之間的強力,只有釋放能量,才能穩定結合。

我們通常說的質子和中子的質量指的是單個質子和中子的質量,不是結合後的質子和中子的質量,結合後的質子和中子和結合前的已經不同了。

為什麼裂變後的質子中子平均質量會降低?

4樓:

首先請你明白質量與能量是等價的:

「有一部分質量變成能量了」這種說法嚴格來說是不對的,所謂「變成」或「轉化」,其實只是形式上的,不是本質上的。實在要說能量與質量的區別,那也只是兩者給人的感覺和印象不同,本質上兩者是同一的。

自從誕生了狹義相對論,匯出了e=mcc以後,質量與能量就成了同一種東西的兩個名稱而已。可以這樣說:質量是內斂的能量,能量是外顯的質量。

由此就不難推斷:物體的質量是可變的,並且隨著速度的增大而增大。這是因為速度增大就意味著動能增大,亦即總能量增大,而能量與質量是一回事兒,所以質量也增大。

但是應注意:每個粒子在自由狀態下的靜止質量(對應著粒子的靜能)是固定不變的。

關於能量與質量的單位不同的問題,那就像千克與磅或盎司等單位不同一樣,不過是一種習慣的不同,或者應用上方便而已,並無本質上的區別。乙個最明顯的例子是:在高能粒子物理中,粒子的質量通常都不是用千克等國際單位,而是用mev——百萬電子伏特,這是乙個典型的能量單位,它指乙個電子在經過一百萬伏特電壓的加速後獲得的能量。

由於用mev來表示粒子的質量很方便——不必再使用十的負幾十次方千克這樣的極小數字,所以粒子物理學家基本上總是用mev來表質量,因為兩者本來就是一回事兒。

以下我基本上只提到能量,而不再提質量。你如果將其中的能量全換成質量,那一點兒都不改變問題的實質。

其次請你明白場的能量與實物粒子的能量可以互相轉換但又是一體的:

所有的相互作用力都是通過相應的場來實現的,而場中是遍布著能量的。按現代物理的重要基石——量子場論的觀點,場就是一大群來來往往進進出出的虛粒子。比如電場和磁場就是虛光子,帶有電荷的物質(比如電子、質子)能發射出各種大小的虛光子,又很快收回一部分自己發出的虛光子,同時也吸收別的帶電物質發出的虛光子(按測不准原理,只要虛光子的能量與其生存的時間的乘積不大於某個常數——蒲朗克常數除以兩倍的圓周率,這種發射又吸收的情況就是大自然允許的普遍過程)。

正是在這不斷的發射與吸收中,表現出了排斥和吸引。排斥就像武俠或神怪影片或遊戲裡的那些人物可以自己從手掌中生出火球或閃光,並以此來攻擊別人那樣。吸引時虛光子的「飛行」狀況則有點兒類似於澳洲土著拋接的那種叫「飛去來」的飛鏢。

與巨集觀事物的模擬也只能是有一點形似而已,因為從本質上看,微觀世界的奇異性是全新的,是我們日常生活中從未經驗過的。正因如此,連偉大的愛因斯坦也被描述微觀奇異世界的量子力學困擾一生。可以說,這些虛粒子的能量就是場的能量。

(所謂「虛」,不是說它們不真實,只是說它們轉瞬即逝,又突然憑空誕生,不能被儀器直接測量到,但用間接的方法是可以的。)

實物粒子可以將自身的一部分能量轉移到場能中,比如,高速的阿爾法粒子正撞金的原子核,剛開始阿爾法粒子動能很大,它自身的能量也很大;當它達到最靠近金核的位置時,動能為0,自身能量最小,而此時它與金核之間的靜電場的能量達到最大,也就是電勢能最大。電場增大的那部分能量(即更多了的虛光子群的能量)來自於阿爾法粒子的部分能量——它的初始動能。

實物粒子也可以吸收場的能量而讓自己增加能量,上述阿爾法粒子**回去時越來越大的動能就是源於電場能。

然而,實物粒子與它的場是不可分割、渾然一體的,理論上有實物粒子的「裸」質量,但實測只能測到「裸」粒子連同縈繞其旁的虛粒子雲的共同質量——實測到的粒子必是「著裝」的,虛粒子雲就是實物粒子那縹緲的衣裳。因此,從這個意義說,前兩段的說法是不妥當的:應該說,碰撞的各個階段,粒子的能量都沒變,只是有部分能量在它的「身體」與「衣裳」之間轉移——遠離時,體胖而衣薄;靠近時,身瘦而裝厚。

最後請你明白束縛態總存在著不同結構的能級而系統又總是趨向於穩定在最低能級:

所謂束縛態,就是相互吸引的若干個非自由的粒子構成互不分離的乙個整體的那種狀態。最典型也最簡單的乙個束縛態就是氫原子。量子力學的計算結果表明束縛態總存在著一定結構的能級,不同束縛態顯然有不同的能級結構(比如最低能級的深度不同,各能級間的差距不同等)。

之所以是不連續的能級,可以用物質波在有限的空間裡形成駐波來定性地理解。

水往低處走,這是穩定平衡的特徵——系統總是趨於能量最低,微觀量子束縛態也是如此——總是盡量佔據最低能級,多餘的能量採用多種方法釋放出去。

來看太陽上常見的核聚變形式——4個質子聚變成1個氦核:該反應的第一階段是2個質子以高速正撞,質子的大部分動能變成了排斥的電場的場能;當兩質子足夠靠近時,短程但強大的核吸力一下子就超過了電斥力,兩質子成了束縛態,相應的能級結構中越來越低的能級等著質子去佔據;與此同時,核力場的場能(即衣裳的能量)開始向「裸」質子的「體能」轉移,而在向低能級躍遷時,多餘的體能又以乙個正電子和乙個中微子的能量的形式釋放出去,這樣兩個質子就變成了乙個氘核。氘核裡乙個質子與乙個中子的能量(包括各自的身體與衣裳)之和比自由狀態下的乙個質子與乙個中子的能量之和要小。

細分起來,氘核裡質子的「身體」比自由質子的「身體」還要更「胖」一些(因為束縛態的質子總有一定的運動速度),但前者的「衣裳」比後者「薄」不少,所以,總的來說,還是前者的能量更小。中子的情形是類似的。差額部分主要是由剛說過的正電子和中微子帶走的。

該反應還有兩個階段,不再細說,反正同樣是核力場的部分能量(也就是構成核力場的虛介子雲的能量,亦即「衣裳的能量」,以後簡稱「衣能」)進一步轉移到裸核子的能量中(核子是中子與質子的合稱,裸核子的能量以後就簡稱「體能」),而為了向更低的能級躍遷,又必須拋棄一部分體能,在後兩個階段,這些多餘的體能主要是以伽馬光子的形式釋放出去的。該聚變核反應的三階段都完成後形成的氦核中的核子佔據不同的能級,因此它們的體能、衣能以及總能的變化各不相同,但平均來說,氦核中的核子的總能進一步降低。

拋棄多少多餘的體能,關鍵看能級的結構是怎樣的,而相關的計算極其複雜(學過氫原子能級及相應的波函式的人就知道,相關的計算已相當複雜)。每種原子核都有自己獨特的能級結構以及各核子佔據能級的不同分布,於是各個核中的各個核子的衣能、體能、總能都各不相同。粗略來說有如下規律:

從氫到鐵,各核中的核子的平均總能是逐漸減小的(有些核會偏離這一趨勢而成為例外),因此這個範圍內的核發生的聚變反應大多是釋放能量的,而裂變反應則是要吸收能量才能發生;從鐵到鈾(不算人工合成的核),趨勢正相反,各核中的核子的平均質量逐漸增大,此範圍內的聚變大多吸能(幾乎所有的重核都是在超新星爆發時主要吸收引力能而聚變形成的),裂變則釋能。

寫了好多,好像有點亂,不知說清楚了沒有……還有啥問題,我們可繼續討論。

5樓:匿名使用者

裂變後的質子中子和裂變前的質量是不一樣的。

裂變前是乙個重核,裂變後是兩個質量較輕的核。核子的平均質量不同。

原子種類不同,核子的平均質量就不同。

6樓:難題來啊

你有學過相對論麼!e=mc2是指多少的質量帶多少的能量。是描述物體能量的乙個公式,怎麼可以隨便當成質量就是能量呢!

那是他們利用光電子啊,哎喲

7樓:

樓上的有沒有學過相對論啊?

質能是可以互換的 e=mc^2

質量虧損是因為放出了能量

另外 光子是沒有靜質量

哦 我無語了

在原子核反應過程中,有顯著的質量變化δm,因而伴隨發生十分可觀的能量變化。核能(俗稱原子能)的利用,就是根據這個道理。

8樓:匿名使用者

圍繞乙個質子和中子的話題就可以困饒你3年?佩服.先確定你畢業後準備幹什麼再說,如果你是準備當物理學家那你就得搞清楚,反之,就別過問,鑽進死胡同裡還找屁工作

9樓:匿名使用者

事實上質子中子並沒有變,但是由於核反應釋放了能量,在大學裡可以知道,能量在無論何時都是守恆的(其實動質量也是,但很多人不知道。。),光子放出後帶走了能量。

由質能公式就可以知道,動質量(也就是你稱出來的質量)減少了。

還有一點,求出來的平均質子中子的質量其實還算了他們之間的勢能所顯示的動質量。所以你把它們全部拆開肯定質量變小,也就是放出了能量了。(但是,聚變不是簡單的拆開)

10樓:極限深度入侵者

這個問題涉及到量子論初步,高三老師前久才講的,裂變前後中子和質子的能量減小,根據愛因斯坦的質能方程即e=mc^2,減小的能量以光量子的形式發射出,這也就是所謂的質量虧損,虧損的質量以能量的形式存在,因此質量依舊守恆。在有一期的《科學世界》上有介紹,現在普遍認為質子和中子的質量由兩部分組成,靜止質量和動質量,動質量就是e=mc^2中的m,發生質量虧損的就是這部分,因此核子並沒有變,只是能量降低,m減少。

希望能幫到你,這個問題有點麻煩,邏輯上不太好理解,不過想通了就都能理解啦。

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