19.5核力与结合能(课件)-【点石成金系列】2021-2022学年高中物理课件（人教版选修3-5）

19.5 核力和结合能 中子不带电，质子带正电，因此质子间存在着巨大的库仑斥力，那么在原子核那样狭小的空间里，为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？ 猜想：难道是万有引力？ 库仑力 中子 质子 统 称 核 子 复习引入 想一想 质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；万有引力常量G的数量级为10-11，静电力常量k的数量级为109。估算库仑力与万有引力之比？ 解： 原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。 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。 分析论证： 结论： 再猜想： 第三种力——核力 mp mp 库仑力 库仑力 万有引力 万有引力 核力 核力 是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。 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： 核力的特点： 1、核力是强相互作用（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 数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为1.5×10-15m 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、核力与电荷无关。（核力与核子电荷无关） 4、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。 一.核力与四种基本作用 四种基本相互作用： 1、万有引力相互作用：存在于自然界一切物体之间， 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。 2、电磁相互作用：存在于电荷与电荷、磁体与磁体、电流与电流之间，本质上是同一种相互作用的不同表现。 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，距离越远，力就越小。 3、强相互作用：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（比强力更短），作用强度比电磁力小。 二.原子核中质子与中子的比例 大家已经知道，一个质子和一个中子结合在一起是氢的一种同位素－－氘。两对质子－中子相结合结合就是氦，8对质子－中子的结合是氧。这些都是自然界中存在的原子核。 那么，这样质子数与中子数相等的结构，能够形成很大的原子核吗？ 不会的。 从图19.5-2看出，自然界中较轻的原子核，质子数和中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。 质子数 中子数 理想的质子数和中子数相等的稳定原子核 实际存在的原子核 为什么会这样呢？ 图19.5-2 可以设想，我们把质子和中子成对地放在一起，人工构建原子核，使它的质子数和中子数相等。 质子数 中子数 理想的质子数和中子数相等的稳定原子核 实际存在的原子核 质子数和中子数大致相等，原子序数小于20的原子核叫轻核；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。 随着不断成对的增加质子数和中子数，人工核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。 这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。 由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。 质子数小于中子数，原子序数大于20的原子核叫重核； 不能! 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。 那么，能不能不断增大原子核的中子数，来不断增大原子核呢？ 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。 三.结合能 相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价－－失去了一些能量，如果要把它们分开