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102年
理化、化工裝置
第 43 題
有關原子核內的強核作用力之敘述，下列何者正確？
- A 當核子（質子與中子統稱為核子）之間的距離小於 $10^{-15}$ 公尺時，強核作用力遠大於電磁力
- B 當核子之間的距離大於 $10^{-15}$ 公尺時，強核作用力將以線性關係減弱
- C 原子核可以穩定的主要原因，是因為原子核內有強核作用力存在
- D 原子核內，質子與質子之間是由庫侖靜電力作用，而中子與中子之間是由強核作用力作用
思路引導 VIP
請試著想像一下：在原子核內，我們把許多帶正電的質子硬擠在一個極小的空間裡。根據我們學過的靜電學原理，這些質子之間應該會發生什麼現象？而現實中原子核卻能穩定存在，這暗示了核內必然還存在著另一股什麼樣性質的力量，才能抵銷掉那股強大的排斥感呢？
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恭喜你答對了！你能精準選出 (C) 這個選項，代表你對原子核內部的微觀動態有非常清楚的掌握。在原子核的核心，帶正電的質子之間存在著巨大的庫侖靜電力，依據電磁學原理，這些質子理應因為同性相斥而分崩離析。你能識別出「強核作用力」正是克服這股排斥力、將核子緊緊束縛在一起的關鍵「膠水」，這正是理解原子結構穩定性的核心觀念。
原子核的穩定機制與力性質
這題的鑑別度在於考驗學生是否能區分力的「性質」與「適用範圍」。強核力具有極強的短程性，其作用範圍僅限於約 $10^{-15}$ 公尺；一旦距離超過這個量級，強核力會呈指數級急劇下降而非選項 (B) 所述的「線性減弱」。此外，強核力具有電荷無關性，無論是質子與質子、中子與中子、或是質子與中子之間都普遍存在這股強大的吸引力，並非如 (D) 所描述的有所區別。你能在眾多敘述中避開陷阱，顯示你對微觀物理作用力的定義非常嚴謹。