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AQA A-Level 物理學/結合能

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關鍵概念

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如果要將原子核分離成單個核子,則必須克服將核子結合在一起的強力的作用,因此必須做功。原子核的結合能是將原子核分離成其組成中子與質子所必須做的功。

當原子核由核子形成時,會釋放能量,因為強力透過將核子拉在一起而做功。

當核子從原子核中分離出來時,能量被用來打破強力。

然而,由於阿爾伯特·愛因斯坦證明了物體在獲得能量時質量增加,而在失去能量時質量減少,因此原子核的質量小於分離的核子的質量。這是因為當核子形成原子核時會釋放能量,所以質量會減少。這種分離的核子的質量與原子核的質量之間的差異稱為質量虧損

您可以使用質量虧損來計算原子核從分離的核子形成時釋放的能量,即其結合能。

原子核的結合能 = (△m)(c²)


質量虧損的計算

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在計算質量虧損 (△m) 時,您將從核子的組合質量中減去原子核的質量。

為了計算質量虧損,您需要原子核的質量 (MNUC)質子的質量 (mp)中子的質量 (mn) 以及質子的數量 (Z) 和中子的數量 (A-Z,其中 A 代表原子序數,即所有核子)。(記住,電子在這個計算中沒有任何作用,因為我們只涉及原子的原子核。)

mp = 1.67(3)x10-27 kg

mn = 1.67(5)x10-27 kg

因此,質量虧損的一般公式是

質量虧損,△m = Z(mp) + (A - Z)(mn) - MNUC

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