第四章 物質間的基本交互作用 4-1 重力──萬有引力定律 4-2 電力與磁力 4-3 強力與弱力

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1 第四章 物質間的基本交互作用 4-1 重力──萬有引力定律 4-2 電力與磁力 4-3 強力與弱力
高中基礎物理(一) 第四章 物質間的基本交互作用 4-1 重力──萬有引力定律 4-2 電力與磁力 4-3 強力與弱力

2 4-3　強力與弱力 強　力 弱　力 自然界的基本力 基本作用力 範例題

3 強　力（1/4） 原子核是由帶正電的質子和中子組成，它們聚集在約 10－15 m 的範圍內，但質子之間的庫侖排斥力沒有使核子崩裂？因為核子之間存在一種比庫侖排斥力更大的力，稱為「強力」或「強交互作用力」。 原子核內，質子－質子之間、質子－中子之間與中子－中子之間的強力均相同。

4 強 力（2/4） 強力在原子核的尺度內比庫侖力大很多，但強力是短程力，作用距離在 10－15 m 左右的原子核之大小。
強　力（2/4） 強力在原子核的尺度內比庫侖力大很多，但強力是短程力，作用距離在 10－15 m 左右的原子核之大小。 強力是一種存在於原子核內的作用力，故又稱為核力。

5 強 力（3/4） 當核子之間的距離小於 10－15 m 時，強力作用非常明顯；但距離大於 10－14 m 時，強力可以忽略。
強　力（3/4） 當核子之間的距離小於 10－15 m 時，強力作用非常明顯；但距離大於 10－14 m 時，強力可以忽略。 原子核內的強作用力強度約大於庫侖排斥力 100 倍左右，而可使原子核內之核子穩定結合在一起，不會崩潰。

6 強　力（4/4） 湯川秀樹提出核子與核子之間因交換介子而產生了交互作用，強度與質子及中子之電性或電量無關。

7 弱 力（1/3） 在原子核反應中，一個原子核 X 會釋放出電子，而變成另一個原子核 Y（原子序數較 X 多 1）的過程
弱　力（1/3） 在原子核反應中，一個原子核 X 會釋放出電子，而變成另一個原子核 Y（原子序數較 X 多 1）的過程 稱為 β 衰變（β decay），即 其中 為質量接近零、中性不帶電的粒子，稱為「反微中子」。  衰變時，放出  粒子後，原子核質量數不變。

8 弱 力（2/3） 最簡單的 β 衰變為中子（n）衰變成一個 質子（p）的衰變，即
弱　力（2/3） 最簡單的 β 衰變為中子（n）衰變成一個 　 質子（p）的衰變，即 在中子的 β 衰變過程中，都無法以重力、電磁力或強力來解釋，因此科學家認為還有一種短程的交互作用，稱為「弱力」或「弱交互作用」。

9 弱 力（3/3） 由於弱力比強力和電磁力的強度都弱，故因此稱為弱力。
弱　力（3/3） 由於弱力比強力和電磁力的強度都弱，故因此稱為弱力。 由於弱力的存在，中子或原子核才會產生 β 衰變，而弱力作用的範圍比強力作用的範圍更短，約為 10－18 m。

10 自然界的基本力（1/4） 物理學家發現自然界的交互作用力都可歸類成此四種基本作用，即：重力、電磁力、強力與弱力。 重力交互作用：在原子與小
於原子的領域中，相對其他 的力，重力小到幾乎可以忽 略；只有在研究宇宙中的天 體運動，星球質量甚大時， 重力才是主要的交互作用。

11 自然界的基本力（2/4） 電磁交互作用：帶電體之間的作用力（庫侖力）、電流與磁場之間的交互作用（磁力）、及在原子中電子與原子核間的作用力，都是電磁交互作用。

12 自然界的基本力（3/4） 強交互作用：「質子──質子」、「質子──中子」及「中子──中子」間在短距離（約 10－15 m）的作用力。此力在短距離時遠較電磁作用為強，它可使質子和中子聚集成穩定的原子核。

13 自然界的基本力（4/4） 弱交互作用：存在於天然放射性元素之 β 衰變中，它也是一種短距離的交互作用，其作用遠較電磁力為弱。但在原子核與基本粒子物理的領域中，則較重力強很多。

14 基本作用力 平常生活中，可察覺出各種不同的作用力，如摩擦力、地板對物體的支撐力，這些接觸力，從微觀觀點來看，主要都是電磁力。
四種基本作用力之強度作用範圍與性質

15 範例 ７ 基本作用力之範圍 若兩質子相距 10－16 m 時，下列哪一種作用力最大？
範例 ７　基本作用力之範圍 若兩質子相距 10－16 m 時，下列哪一種作用力最大？ (A)強力　(B)重力　(C)靜電力　(D)磁力　(E)弱力。 答 (A) 解 強力作用範圍在 10－15 m 內，且強力 　 遠大於靜電力。

16 範例 7 類題 若兩質子相距 10－5 m 時，下列哪一種作用力最大？ (A)強作用力 (B)重力 (C)靜電力 (D)弱作用力。

17 範例 ８ β衰變 β衰變時，原子核內不發生改變的是以下何者？ (A)質子數 (B)中子數 (C)質量數 (D)電荷數。 答 (C)
範例 ８　β衰變 β衰變時，原子核內不發生改變的是以下何者？ (A)質子數　(B)中子數　(C)質量數　(D)電荷數。 答 (C) 解 β衰變為原子核內的中子釋放出負電子，衰 變成一個質子，故中子數減少 1 個，質子數 增加 1 個，質量數不變。

18 範例 8 類題