現代物理
鉄-56 結合エネルギー
安定な鉄のピーク — 比結合エネルギー B/A を読み取ります。
鉄-56 結合エネルギー — インタラクティブな現代物理シミュレーション。安定な鉄のピーク — 比結合エネルギー B/A を読み取ります。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
結合エネルギー
安定な鉄のピーク — 核子あたりの結合エネルギー B/A を読み取ってください。
安定な鉄のピーク — 核子あたりの結合エネルギー B/A を読み取ってください。
- Fe-56でB/Aがピーク
- 質量欠損
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
半経験的質量公式（液滴模型）は、陽子数 Z と質量数 A から原子核の全結合エネルギーを見積もります。Z = 26（鉄）に固定して A だけを変えると、モデルは核子を1個加えるたびに結合エネルギーが着実に増えると予測するでしょうか？
検討する予測
- はい — 核子が増えれば全結合エネルギーは常に増えます。
- いいえ — 結合エネルギーは体積・表面・クーロン・非対称の各項の釣り合いで決まり、A の増加に伴う変化は一様ではありません。
- A が増えると結合エネルギーは常に減少します。
可変的な役割
設定するもの：
- 質量数 A
測定するもの：
- 全結合エネルギー E_B (MeV)
実験の進め方
- iron-binding プリセットを開いて Reset を押します。このプリセットは陽子 Z = 26 の鉄をモデル化します。
- 結合エネルギーの読み出しを有効にします。
- 各試行で質量数 A を設定し（Z = 26 に固定）、全結合エネルギーを記録します。
支配方程式
半経験的質量公式（液滴模型） — B = Δmc²
原子核の結合エネルギーは、核子数が多いほど有利になる体積項、原子核という「液滴」の表面にある核子を不利にする表面項、陽子間の反発を不利にするクーロン項、そして陽子数と中性子数の不均衡を不利にする非対称項の間の競合としてモデル化される。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、a_v = 15.75、a_s = 17.8、a_c = 0.711、a_a = 23.7 (MeV)、Z = 26 を用い、E_B = a_vA − a_sA^(2/3) − a_cZ(Z−1)/A^(1/3) − a_a(A−2Z)²/A を計算します。表と比較します。
- 3回の試行は上昇してから下降します — E_B は A = 56 から A = 80 まで上昇し、A = 110 で再び低下します。すべての核子が加わるごとに大きくなる体積項 +a_vA が、最終的に表面項と非対称項に追い抜かれる様子を説明し、また非対称項 −a_a(A−2Z)²/A が、陽子数よりはるかに多い中性子数を持つ原子核をなぜ不利にするかを説明してください。
実験以外での活用
- この液滴模型は、非常に重い核（大きな A）が核分裂で、非常に軽い核が核融合でエネルギーを放出する理由も説明します。どちらも核を鉄付近の核子当たり結合エネルギーの最大領域へ移動させます。鉄がこの極大付近にある理由を説明します。
- これは半経験的質量公式の簡略版で、偶奇核子数による対形成項を省いているため、実際の核質量表とは一致しません。それでも完全に正確でないと知りながら、このような簡略模型が教育に有用なのはなぜでしょうか。
- AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
- IB Physics — E.3 Radioactive decay
- General High School Physics — Modern physics intro
- NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light
- 結合エネルギーへようこそ
- 核種を選択
- 再生
- 核子あたり結合エネルギーのピーク
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。