到底是放能还是吸能？

——关于原子核的平均结合能的一个疑难问题分析

佛山市顺顺德区杏坛中学  刘朝明

    关于原子核的结合能，教科书给出了原子核的平均结合能的定义和原子核的平均结合能与原子质量关系曲线，并指出：根据这曲线特点，我们获得原子核能的两条有效途径是重核的裂变和轻核的聚变。    

     对重核的裂变和轻核的聚变为什么可以释放核能这个问题学生有很多疑惑。在重核的裂变和轻核的聚变过程中原子核的平均结合能变大了，为什么不是吸收能反而是放出能呢？他们的理由是，原子核的平均结合能由小变大，能量是增加了，根据能量守恒，当然该是吸收能而不应放出能。

    如何解答学生的疑难问题呢？教科书对此没有作太多的解释，网上百度，也没有清楚的答案，我深入思考后觉得应当从以下角度去分析和解答：

 一、首先正确理解平均结合能概念。

   原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量。原子核的结合能是将若干个核子结合成原子核放出的能量或将原子核的核子全部分散开来所需的能量。自然，组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，即一个原子核中每个粒子结合能的平均值，称做平均结合能也叫比结合能。平均结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

    值得注意的是，根据以上关于原子核平均结合能的定义可知，可以理解为核平均结合能是核子由无穷远结合成原子核释放的能量，而不是原子核处于某稳定状态时所具有的能量。由平均结合能小的重核或轻核变成平均结合能大的中等质量的核，实际上就是由原来在结合过程放能少的核，变成在结合过程放能多的核。显然，平均结合能小的重核或轻核还要继续释放核能才能变成平均结合能大的中等质量的核。

二、学生产生误解的主要原因

    学生之所以会误解平均结合能小的核变成平均结合能大的核是吸收能而不是放出能，是因为原子核结合能是“过程能”，是结合或拆分过程变化的能。这与势能、动能等能是“状态能”传统能量概念不同。正因为对平均结核能的概念理解有误，并错误地把它与原子系统具有的能与重力势能等类比，才会得出由低能态变成高能态要吸收能而不是放出能的错误结论。

  三、结合图示正确类比帮助学生理解

    为了让学生更好地理解这个问题，我们可以结合图示把它与重力势能作类比。

    图1为一个重物从高处下落h1时,减少的部分势能E1,

    图2为一个重物从高处下落h2时,减少的部分势能E2

    在这里，物体相对地球某高度的具有的重力势能并不与结合能相当，而减少的部分势能才相当于原子核的结合能，下落距离越大，减少的势能越多，这个物体越稳定，物体和和地球的结合就越紧。若重物向下继续移动，由图1状态变为图2状态，则会继续释放势能，而不是吸收能。

这样一类比，学生就能明白为什么在重核的裂变和轻核的聚变中，原子核的原子核的平均结合能变大了（相当于图1变成图2了）是要释放能的，而不是吸收能的。

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