19.5 核力与结合能 课件 -2023-2024学年高二下学期物理人教版选修3-5

第十九章 原子核 19.5 核力与结合能 学习目标： 1、了解四种基本相互作用； 2、知道核力的性质； 3、能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因； 4、认识原子核的结合能及质量亏损，并能用质能方程进行计算。 重点难点： 1、对核力、结合能、比结合能概念的理解和有关计算。 2、质量亏损和只能方程的应用。 思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？ 原子核 质子（带正电） 中子 猜想：万有引力？ 理论验证：质子相互间距数量级是10-15m；质子质量数量级10-27kg 质子电量数量级10-19c；万有引力常量数量级10-11；静电力常量数量级109。 结论：万有引力太小，只是库仑力的10-35到10-36之间 。 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。 猜想：有第三种力--核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。 复习巩固 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）． 一、核力 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。 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。 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。 特 点 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。 二、四种相互作用 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，电磁力使电子与原子核结合成分子，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。 物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论统一起来呢？ 请同学们找出元素周期表，分析随着原子序数的增大，质子数与中子数有什么关系？ 三、原子核中质子与中子的比例 结论：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，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 原因分析： 核越大，核子间距离增大 库仑力与核力均减少，但核力减少快 增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。 若增加中子，与其它核子无库仑力，但有核力，有助于原子核稳定 核力是短程力，若超过其作用范围，增加中子，原子核也不稳定，所以原子序数越大越不稳定。 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． 四、质量亏损 质量减小量: △m=( mp+ mn)- mD=0.0039×10-27kg； 能量减小量: △E=△m c2=3.51×10-13J=2.19×106eV； 能量变化量:△E=△m c2=2.19MeV； 例：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？ 分析： 反应前能量E前=(mn+mp)c2 反应后能量E后=mDc2 故：结合能∆E=∆mc2 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损。 1、质量亏损： 质量亏损表明，使核子结合或者分立需要能量！！！ 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。 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。 2、理解质量亏损： 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． 注意：结合能并不是由于核子结合成原子核后原子核具有的能量，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。 3、结合能定义： 4、影响因素： 宏观模型：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