5.3.1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

§5.3 核力与结合能 物理 选择性必修 第三册 第五章 原子核 1 核心素养 物理观念 科学思维 1. 了解四种基本相互作用, 知道核力的特点． 2．了解结合能和比结合能． 3．知道质量亏损和质能方程． 4．会用质能方程计算核能. 1.体会不同的力分别在不同的尺度上发挥作用． 2．体会用比结合能表示原子核中核子的牢固程度. 3 2 化 学 键 反应中能量变化 断裂或形成1 mol 化学键的能量变化 断裂或形成化学 键的总能量变化 H−H 吸收 436 kJ 共吸收 kJ Cl−Cl 吸收 243 kJ H−Cl 放出 431 kJ 共放出 kJ H2(g)＋Cl2(g)＝2HCl(g) ΔH＝ ____________ 679 862 −183 kJ/mol 课前练: 1. 什么是键能？ 2. 键能与化学键稳定性的关系？ 3. 化学反应热的计算 ？ − 0.95eV/个 3 3 思考： 1. 化学键将不同的原子紧密结合在一起形成分子。 2. 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？ 3. 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？ = = = = 1036 阅读教材P115—P116(2分钟) 了解核力与四种基本相互作用 5 4 一、核力与四种基本相互作用 作用对象 特点 作用范围 举例 引力 相互作用 一切物体之间 随距离增大而减弱 长程力、宏观 重力 电磁 相互作用 电荷间、电流间、 磁体间 随距离增大而减弱 长程力、宏观 弹力、摩擦力 强相互作用 组成原子核的 核子之间 距离增大时, 急剧减小 短程力、微观 核力 弱相互作用 基本粒子之间 引起原子核 β衰变的原因 距离增大时, 急剧减小, 比强相互作用小得多 短程力、微观 基本粒子间的力 1. 四种基本相互作用的对比 7 5 使得核子紧密地结合在一起形成稳定的原子核的力叫做核力 2. 核力： 3. 核力的特点： (2). 核力是短程力。0.8×10-15m~ 1.5×10-15m 时为引力, 小于 0.8×10-15m 时为斥力, 因此核子不会融合在一起。 (1).核力是强相互作用(强力)的一种表现。在原子核尺度内, 核力约为库仑力的137倍 (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、核力与四种基本相互作用 9 6 思考与讨论: 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？ γ 为光子, 其能量 ε ≥27.386MeV, 反应才能发生 γ 为光子, 其能量ε＝27.386MeV 把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量相等 分开氦原子核 核子结合成氦原子核 与化学中的键能有何相似之处？ 13 7 二、结合能 1. 结合能： 原子核分解成核子时所需吸收的能量; 也是核子结合成原子核而释放的能量。 吸收27.386MeV 吸收2.2MeV 2. 比结合能(平均结合能)： (2). 意义: 它反映了一个原子核稳定程度, 比结合能越大, 表示原子核中核子结合得越牢固, 原子核越稳定。 思考: 1. 结合能越大, 原子核就越稳定吗？ 2. 类比键能与化学键稳定性的关系, 分析结合能与原子核稳定性的关系？ (1). 比结合能 = 20结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量 8 课堂探究: 1. 原子核的结合能很难直接测量。幸好, 爱因斯坦已经给我们指出了物体的能量与它的质量的关系, 即 E＝mc2 。单个的质子、中子的质量已经精确测定。用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量, 与同等数量的质子、中子的质量之和相比较, 得到质量之差 Δm , 则释放的能量为 ΔE＝ Δmc2 2. 若已知中子的质量是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。 (1). Δm = (mn+mp ) – mD = (1.6749 +1.6726 )-3.3436