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(共21张PPT)
3. 核力与结合能
第五单元 原子核
1物理观念：
知道四种基本相互作用，知道核力的性质。
2科学思维：
认识原子核的结合能和比结合能的概念。
3科学探究：
能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。
4科学态度与责任：
具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。
核 心 素 养
一、问题引入
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？自然界存在着几种基本相互作用呢？
知识点一、核力与四种基本相互作用
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。
③核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
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。
① 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。
2.四种相互作用：
（1）引力相互作用：引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
（2）电磁相互作用
宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的电磁相互作用。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。
（3）强相互作用
原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。
短程力：约在10-15m量级时起作用
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
（4）弱相互作用
知识点二、结合能
思考讨论：如图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
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化
1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。
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。
结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？
如何才能反映原子核的稳定程度？
2.比结合能：
原子核的结合能与其核子数之比，称做比结合能。也叫作平均结合能。
意义：比结合能越大，原子核就越稳定，表示该核就越稳定。中等大小的核的比结合能最大，结合得最稳定。
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
=
结合能 把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量
比结合能 等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度
比结合能曲线 从图中可看出，中等大小的核
的比结合能最大，轻核和重核
的比结合能都比中等大小的核
的比结合能要小
知识点三、质量亏损
原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，正表明它们在互相结合过程中放出了能量。
1.质量亏损
爱因斯坦质能方程 ： E=mc2 （ ΔE=Δm·c2）
式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。
常用单位: m用“u (原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg
1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变)
2.爱因斯坦质能方程
1.质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质的质量和能量等同起来；
2.质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；
3.质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。
3.爱因斯坦质能方程的理解
典例精析
典例1．
(多选)下列说法正确的是
A.核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生
B.核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成
稳定的原子核，但又不会融合在一起
C.质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力
D.核力是一种弱相互作用，在其作用范围内，核力比库仑力大得多
√
√
√
典例2．
典例精析
下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是
A.核子结合成原子核吸收的能量或把原子核拆解成核子放出的能量称为
结合能
B.比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C.重核与中等大小的原子核相比较，重核的比结合能大
D.中等大小的原子核的结合能和比结合能均比轻核的大
√
典例3．
典例精析
已知中子的质量是mn＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量是mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量是mD＝3.343 6×10－27 kg，真空中的光速c＝3.00×108 m/s，e＝1.60×10－19 C，求氘核的比结合能是多少eV。
答案　1.1×106 eV
当堂练习
1.物理学上的四种基本相互作用是
A.万有引力、相互作用力、电磁力、强相互作用
B.重力、弹力、摩擦力、其它力
C.作用力、反作用力、电磁力、强相互作用
D.万有引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用
√
当堂练习
2.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
√
当堂练习
3.关于原子核的结合能和比结合能，下列说法正确的是
A.组成原子核的核子越多，它的比结合能越大
B.比结合能越大，原子核越不稳定
C.比结合能小的原子核拆分成比结合能大的原子核时会释放能量
D.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和必小于
原来重核的结合能
√
01
引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用
核力与四种基本相互作用
03
原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
质量亏损
02
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能（bindingenergy）
结合能
ΔE=Δm·c2
结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。
课堂小结

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