5.3 核力与核反应方程 课件 -2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

第五章 原子与原子核 粤教版选择性必修三 第三节 核力与核反应方程 1 新课导入 在这小小的原子核内部，会不会仍然有着复杂的结构？ 实验表明：如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，即放射性与元素所处的化学状态无关。 由于元素的化学性质取决于原子核外的电子， 因此: 射线来源于原子核。原子核具有内部结构。 原子核 2 Part 01 原子核的组成 3 一、原子核的组成 （一）发现中子和质子 粒子种类 发现者 实验 粒子电性 粒子质量 质子 卢瑟福 α粒子轰击氮核 正电 与氢原子的质量相近 中子 查德威克 α粒子轰击铍核 不带电 与质子的质量相近 核子 中子和质子统称为核子 4 一、原子核的组成 （一）发现中子和质子 粒子种类 发现者 实验 粒子电性 粒子质量 质子 卢瑟福 α粒子轰击氮核 正电 与氢原子的质量相近 中子 查德威克 α粒子轰击铍核 不带电 与质子的质量相近 核子 中子和质子统称为核子 （二）原子核组成：中子和质子 5 一、原子核的组成 （三）原子核常用表示符号 中子与质子的质量几乎相等。 原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，我们把这个倍数叫做原子核的质量数，原子核的质量数就是核内的核子数。 其中X为元素的符号， A表示原子核的质量数， Z表示电荷量数，即质子数 A-Z表示原子核包含的中子数。 6 课堂练习 1、已知镭Ra的原子序数是88，镭原子核的质量数是226，试问： 解析：原子序数与核内质子数、核电荷数、中性原子的核外电子数都是相等的，所以镭核质子数为88；中子数等于原子核的质量数与质子数之差，226－88＝138。　 (2)镭核的核电荷数和所带的电荷量分别是多少？ 解析：镭核的核电荷数与原子序数相同，镭核的核电荷数为88； 所带的电荷量是：Q＝Ze＝88×1.6×10－19 C＝1.408×10－17 C。 (3) 是镭的一种同位素，让 和 以相同的速度垂直射入磁感应强度为B 的匀强磁场中，它们运动的轨道半径之比是多少？ (1)镭核中质子数和中子数分别是多少？ 7 核反应： 利用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核这个过程叫作核反应 核反应指的是原子核内部核子数发生相应变化，衰变也是核反应 8 Part 02 核反应方程 9 二、核反应方程 卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子的核反应方程： 1、规律：在核反应过程中，方程两边总的电荷数和质量数守恒。 查德威克用α粒子轰击铍核( )发现中子( )的核反应方程： 注意：核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。 核反应后原子核发生了什么变化? 有什么规律？ 课堂练习 3(氡)经历α衰变成Po(钋) 1、 俘获一个α粒子后放出1个质子： 2、碳14衰变成为氮14的过程，会放出哪种射线？请写出相应的衰变方程 4、钋209是常用的α射线源，查一查元素周期表，它经过α衰变后会变成什么元素？并写出相应的衰变方程 β射线 11 二、核反应方程 2、原子核衰变的本质 ①α衰变：原子核放出α粒子变成新的原子核。 ②β衰变：原子核放出β粒子变成新的原子核。 本质： 本质： ③γ衰变伴随α衰变和β衰变 本质：发生衰变时，原子核受激发而产生的光子（能量）辐射。 提出问题：衰变说明原子核里有α粒子和电子吗？ 课堂练习 1、(多选)天然放射性元素 (钍)经过一系列α衰变和β衰变后，变成 (铅)，以下说法中正确的是( ) A.铅核比钍核少8个质子 B.铅核比钍核少16个中子 C.共经过4次α衰变和6次β衰变 D.共经过6次α衰变和4次β衰变 ABD 解析：由题目已知钍核和铅核元素符号得出，铅核质子数为82，质量数为232；钍核质子数为90，质量数为209； 设发生了x次α衰变和y次β衰变，由核反应方程两边总质量数和电荷数守恒有： 2x－y＋82＝90,4x＋208＝232， 解得x＝6，y＝4，故衰变过程中共6次α衰变和4次β衰变。 14 Part 03 核力及四种基本互相作用 15 三、核力及四种基本互相作用 提出问题： 质子间存在着巨大的库仑斥力，那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：核子间的万有引力使它们紧紧结合在一起？ 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。估算两质子间库仑斥力与万有引力之比？ 解： 结论：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斥力是不可能的。 再猜想：核子之间一定存在着第三种力，使核子能紧密的结合在一起。 分析论证：万有引力和库仑力对比 猜想：核子间的万有引力使它们紧紧结合在一起？ 三、核力及四种基本互相作用 (一)核力 1、定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。 核力是短程力。约在 10-15 m量级时起作用， 距离大于0.5×10-15 m时为引力, 距离为2×10-15m时核力几乎消失， 距离小于0.5×10-15 m时为斥力(使核子不融合在一起) 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。 2、核力的特点 三、核力及四种基本互相作用 (二)四种基本互相作用 1.万有引力相互作用 万有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。 三、核力及四种基本互相作用 (二)四种基本互相作用 2.电磁相互作用 电荷间的相互作用 电荷间、磁体间的相互作用，其本质上是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用被称为电磁相互作用。 电流与磁体间的相互作用 三、核力及四种基本互相作用 (二)四种基本互相作用 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。 p n n p p n 短程力：约在10-15m量级时起作用 三、核力及四种基本互相作用 (二)四种基本互相作用 4.弱相互作用 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→质子转变的原因。 短程力：约在10-18m量级时起作用。 三、核力及四种基本互相作用 (二)四种基本互相作用 4.弱相互作用（引起原子核β衰变的原因） 1.万有引力相互作用 2.电磁相互作用 3.强相互作用（核力） 包括爱因斯坦在内的许多物理学家认为四种基本相互作用可能是某种相互作用在不同条件下的不同表现，就像电和磁是电磁相互作用的不同表现形式一样。为此，物理学家做了大量研究工作，但至今没有得到实验的检验。 提出问题：①若要把核子分开，需要什么条件？ 克服核力做功，吸收能量 ②将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？ 放出能量 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。 Part 04 结合能 25 四、结合能 1、结合能定义： 将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量。 将单个核子结合成原子核需要放出的能量。 核子结合成原子核时会放出一定的能量，我们把这个能量叫作原子核的结合能 2、结合能大小： 组成原子核的核子数越多，结合能越大。 26 (1) 物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系。 质能方程 E=mc2 （2）任何质量为m的物体都具有大小相当于mc2的能量。 （3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。 问题：如何求解原子核的结合能？ 爱因斯坦 四、结合能 ΔE = Δmc2 四、结合能 反应前质量/kg 反应后质量/kg mn 1.6749×10－27 m氘 3.3436×10－27 mp 1.6726×10－27 总质量 总质量 3.3436×10－27 3.3475 ×10－27 原子核的质量总是小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。 中子与质子结合成氘原子核 质能方程 ΔE=Δmc2 问题：如何求解原子核的结合能？ 四、结合能 反应前质量/kg 反应后质量/kg mn 1.6749×10－27 m氘 3.3436×10－27 mp 1.6726×10－27 总质量 总质量 3.3436×10－27 3.3475 ×10－27 中子与质子结合成氘原子核 质量亏损: Δm = (mn + mp – mD ) = 0.0039 ×10－27 kg 四、结合能 问题：如果结合能越大说明把原子核分开，所需要的能量就越大，那是不是结合能越大就意味着原子核越稳定呢？ 原子核越大 →核子个数越多 →但不能说明它稳定 →结合能越大 结合能 核子数 平均到每一个核子的结合能大小反映原子核的稳定性。 30 3、比结合能 四、结合能 结合能 核子数 比结合能 = 2) 物理意义：反映一个原子核内核子相互结合的紧密程度， 比结合能越大，原子核越稳定。 1) 定义：原子核的结合能与核子数之比称做比结合能， 也叫平均结合能。 31 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 Fe 情景一：请观察比结合能与质量数关系图， （1）找出比结能随核子数变化的规律？ 比结合能与质量数关系图 （2）最稳定的原子核是什么？为什么？ Fe的比结合能最大，所以Fe原子核最稳定 （3）原子核 的结合能是多大？ 由图可得 的比结合能为1MeV， 结合能=核子数×比结合能=2×1MeV=2MeV 课堂小结 核力与核反应方程 原子核的组成 核方应方程 结合能 结合能计算 比结合能 结合能 原子核表示方法 质子和中子组成原子核 衰变本质 规律 核力 四种基本相互作用 33 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 qvB＝m得r＝故＝＝＝。 $$