5.3 核力与结合能 课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第五章 原子核 第3节 核力与结合能 一、核力与四种基本相互作用 现代物理学认为，自然界存在着四种基本相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。 引力相互作用——万有引力 万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系；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。 一切物体之间都存在引力，但引力主要表现在宏观和宇宙尺度上。 引力是长程力，且随距离增大而减弱。 电磁相互作用——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。 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。 电磁力也是长程力，且随距离增大而减弱。 【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？这个力有可能是引力或电磁力吗？ 20世纪，物理学家发现：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。这种作用称为强相互作用。 强相互作用——核力（强力） 核力是原子核内核子之间存在的相互作用，是强相互作用（强力）的一种表现，它使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。 核力是短程力，在约10-15m数量级时起作用。 且距离增大时，急剧减小 核力与电荷无关，且核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用。 19世界末20世纪初，物理学家发现了放射现象。后来发现，在某些放射现象中起作用的还有另一种相互作用，称为弱相互作用。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——弱力 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。 弱相互作用是短程力，比强相互作用更短，只有10-18m。 距离增大时，弱相互作急剧减小，且比强相互作用小得多。 二、结合能 氦原子核由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起。若要把它们分开，需要吸收能量。 若将4个核子（两个质子和两个中子）结合成氦原子核，会放出能量。 研究发现：把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量相等。这个能量叫做原子核的结合能。 结合能：核子结合成原子核时释放的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能. 注意：组成原子核的核子数越多，它的结合能越大。 比结合能：原子核的结合能与核子数之比叫作比结合能（平均结合能）。 意义：比结合能反映了原子核的稳定程度。比结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定 。 【思考】分析图像，你能发现什么？ 不同原子核的比结合能不一样； 中等质量原子核的比结合能大，原子核比较稳定； 轻核和重核的比结合能都比中等质量原子核的比结合能小。 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。 三、质量亏损 1905年爱因斯坦提出，物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc 2 1. 质能方程 对质能方程E＝mc2的理解： (1)质能方程说明一定的质量总是跟一定的能量相联系的。这里所说的能量，是物体所具有的各种能量的总和。 (2)物体质量增加, 则总能量随之增加；质量减少, 总能量也随之减少，这时质能方程也写作 ΔE＝Δmc 2 。 (3)质能方程揭示了质量和能量的不可分割性。但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。 三、质量亏损 【思考】科学家们测出了中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量mp=1.6726×10-27kg，氘核（ ）的质量mD=3.343×10-27kg。根据这些数据你能发现什么？ ① 核子结合成原子核时，新核质量小于核子的总质量(质量亏损)，同时以光子形式释放核能； ② 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。 亏损质量Δm=组成原子核的核子质量之和 - 原子核的质量 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。 2. 质量亏损: 【多学一点】核子结合成原子核时存在质量亏损，你想知道亏损的质量去哪儿了吗？ 质量亏损Δm的理解： 所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。