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人教版 选择性必修第三册
5.3 核力与结合能
5.4核裂变与核聚变
第五章 原子核
问题与思考：
原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
F库
中子
质子
在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
第三种力——核力
1.核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用，也叫强力）。
2.特点
（1）核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。
（2）核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。
（3）核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。
（4）核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。
（1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。
（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。
3.四种相互作用
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作用对象
特点
作用范围
举例
引力相互作用
电磁相
互作用
强相互
作用
弱相互
作用
一切物体之间
随距离增大而减弱
长程力，宏观
重力
电荷间、电流间、磁体间
引力相互作用
长程力，宏观
弹力、摩擦力
组成原子核的核子之间
距离增大时，急剧减小
短程力，微观
核力
基本粒子之间
距离增大时，急剧减小，比强相互作用小得多
基本粒子间的力
短程力，微观
引起原子核β衰变的原因
氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？
思考与讨论：
二、结合能
结合能：
将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量
将单个核子结合成原子核所要放出的能量
当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。
组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。
U-235
1.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。
2.理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。
比结合能
结合能
核子数
=
3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小。
(2)判断原子核稳定性，比较比结合能的大小，而不是比较结合能的大小，比结合能越大，原子核越稳定。　
(3)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。　
方法归纳：
三、质量亏损
爱因斯坦给出物体能量与它质量的关系
已知一个中子和质子可以结合形成一个氘核，中子的质量 mn 为 1.674 9×10-27 kg，质子的质量 mp 为 1.672 6 ×10-27 kg，氘核的质量 mD 为 3.343 6×10-27 kg，你发现了什么？
思考与讨论：
求氘核的比结合能
三、质量亏损
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。
质量亏损：
质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损????????，正表明它们在互相结合过程中放出了能量。????????=?????????????????
?
三、质量亏损
（3）核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了”一些。
（2）质量和能量之间是不能转化的。质量亏损并不是这部分质量消失或转化为能量，只是静止质量减少.并不否定质量守恒定律。
（1）E=mc2表明物体的能量与其质量成正比，这里所说的总能量指物体所具有的各种能量的总和。在核反应中仍然遵守能量守恒定律、质量守恒定律.质量是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.
3、说明：
三、质量亏损
4、计算：
根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.
（1）若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳.
（2）若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV.(1 u质量变化相当于931.5 MeV)
四、核裂变
四、核裂变
1.核裂变：物理学中把重核分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做核裂变。
????????????????????????+????????????→????????????????????????????+????????????????????????+????????????????
?
裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：?????=????.????????????????×?????????????????????????。
?
释放出的能量为：?????=?????????????=????????????????????????。
?
2.链式反应
由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，称为核裂变的链式反应。
二分裂
三分裂
三分裂
四分裂
概率：
铀块大小需要满足临界质量或体积
核反应堆：人工控制链式反应的装置
吸收中子、控制反应速率
慢中子
(石墨、轻水、重水)
(浓缩铀)
核燃料
3.反应堆与核电站：
四、核裂变
四、核裂变
3.反应堆与核电站：
六、核聚变
核聚变普遍存在于宇宙中
氢弹爆炸形成的蘑菇云
六、核聚变
1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核
①轻核聚变产能效率高
②燃料氘和氚储量丰富
③无废料，更安全、清洁
六、核聚变
2.核聚变条件
10-15m
核力
库伦斥力
动能大
办法：
加热到几百万卡尔文
（热核反应）
热核反应一旦发生，就不再续约外界给它能量，靠自身产生的热就会反应继续下去。
3.可控核聚变的方案
①磁约束
②惯性约束
激光或X射线
惯性约束聚变激光
1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（ ）
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力
D
2．下列说法中正确的是（ ）
A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力
B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用
C．重核比中等质量的核更稳定
D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力
B
3．下列说法正确的是（ ）
A．自由核子结合成原子核时,一定遵循质量守恒
B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量
C．发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应是放能反应
D．发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应必须吸收能量才能发生核反应
C
4．关于质能方程，下列说法中正确的是（ ）
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的

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