资源简介

(共19张PPT)
§3 核力与结合能
高二物理（人教版2019）
选择性必修 第三册
第五章 原子核
学习目标：
1、核力与四种基本相互作用
2、结合能与比结合能
3、质量亏损与核能的计算
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？
新课引入
定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
核力的特点：
⑵核力是短程力。
⑶核力与电荷无关。
⑷核力具有饱和性。
1、核力：
⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。
（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。
（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子和原子核结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小
（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。
一、核力与四种基本相互作用
2.四种基本相互作用
新课讲授
3.弱相互作用
在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用
弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。
短程力：约在10-18m量级时起作用
思考与讨论：
一个小铁球在磁铁的引力作用下不断靠近，最终被磁铁吸住。
情景1：
两物体为了结合需要付出一定的代价即损失一部分的能量
放出能量
吸收能量
结合能
消耗一定的能量才能将其分开
类比
原子核分解成核子时所吸收的能量
1、结合能：
也是核子结合成原子核而释放的能量
定义：原子核分解成核子时所吸收的能量
二、结合能与比结合能
温馨提示：结合能不是原子核具有的能量
思考与讨论：
1、核子数越多，原子核的结合能越大吗？
2、结合能越大，原子核越稳定吗？
组成原子核的核子数越多，结合能越大。
定义：原子核的结合能与核子数之比
2、比结合能：
（平均结合能）
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
比结合能
结合能
核子数
=
比结合能最高的是镍-62。只不过镍-62最终也会衰变成铁元素，所以我们会习惯性地认为铁元素的比结合能最高。
铁（Fe）原子的比结合能最大
铁（Fe）
原子比较稳定
原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
思考与讨论：
较轻的核D与E聚合成中等大小的核F的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？
<
放出
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
较重的核A分裂成中等大小的核B与C的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？
<
放出
(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)中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。
　
特别提醒
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。这个能量有多大？我们可能计算出来吗？
三、质量亏损
已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，但其结合成的氘核的质量却是mD=3.3436×10-27kg。自由核子结合成原子核的过程中质量如何变化？
情景2：
mn+mp>mD
质量亏损
质量亏损是否违背质量守恒定律？
物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：
核子在结合成原子核时要放出能量，出现质量亏损，大小为：
质能方程
E＝mc2
ΔE＝Δmc2
质能方程ΔE= mc2 常用单位:
（1） m用“u(原子质量单位)”： 1u=1.660566×10-27kg
（2）ΔE用“uc2” ：1uc2=931.5MeV（931.5兆电子伏）
(表示1u 的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)
已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能.
解：一个质子和一个中子结合成氘核，
该过程中质量之差为
Δm=（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg
与这个质量差相对应的能量为
ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J
例题1
核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是
氘核的比结合能为
思考1：将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？
没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以γ光子释放出去。
思考2：将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？
没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于γ光子的动质量。
思考讨论
说明：
（1）质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。
（2）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。
（3） 质量亏损并非质量消失，而是减少的质量 m以能量形式辐射出去了
原子物理中常把碳12原子质量的1/12叫作“原子质量单位”，用1u表示（1u=1.6605×10-27kg）。请证明：1u相当于931.5MeV的能量。已知光速c为2.9979×108m/s，元电荷e为1.6022×10-19C。
例题2
解：ΔE=Δmc2=1.6605×10-27×(2.9979×108)2J=1.492×10-10J
1eV=1.602×10-19J
1u=931.5MeV
课堂小结
一 核力
二 结合能与比结合能
三 质量亏损：质能方程
定义
特点
比结合能越大，原子核越稳定
计算
质量亏损
核反应放出的能量
3、核反应过程中:
核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以 光子形式释放核能;
原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质量。
4、质能方程ΔE= mc2 常用单位:
（1） m用“u(原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg
（2）ΔE用“uc2” 1uc2=931.5MeV（931.5兆电子伏）
(表示1u 的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)

展开更多......

收起↑