5.3 核力与结合能 课件-2024-2025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 1.了解四种基本相互作用，知道核力的特点． 2．认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算 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 学习目标 引入新课 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？ 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？ 猜想：万有引力？ 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。 一、核力与四种基本相互作用 1、引力相互作用 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。 2.电磁相互作用 电荷间的相互作用、磁体间的相互作用相互作用都是电磁相互作用 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。 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 3. 强相互作用 (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。 (2)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10×10-15m 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。 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 核力与四种基本相互作用 1. 四种基本相互作用： ①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。 ②电磁相互作用：电磁力 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。同样距离的情况下比万有引力强1035倍。 ③强相互作用：核力、强力 原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。强相互作用的作用范围只有约10-15m，只有相邻核子之间才有强相互作用。 ④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。弱相互作用力程比强相互作用更短，只有10-18m。 长程力 短程力 二、结合能 →引力势能 →动能 →内能 损失能量 补充能量 自由核子形成原子核所释放的能量，或者原子核重新分为自由核子，需要吸收的能量，叫做原子核的结合能。 损失能量 两很远的物体 1.结合能：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。 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。 2.结合能大小的因素： 二、结合能 1.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。 2.注意：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。 比结合能 结合能 核子数 = 3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。 二、结合能 二、结合能 不同原子核的比结合能是不一样的，右图是按照实际测量结果画的图线。可以看出，中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。 4.不同原子核的比结合能图像： 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？ 思考与讨论： 思考：如果结合能越大，就说明把原子核分开，所需要的能量越大，是不是就意味着原子核越稳定吗？ 原子核越大 →核子个数越多 →但不能说明它稳定 平均到每一个核子的结合能大小来反应原子核的稳定性。 →结合能越大 结合能 核子数 比结合能= Fe 比结合能 核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。 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．中等大小的核的比结合能最大，最稳定． 三 质量亏损 组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量只差，叫做核的质量亏损. 1.定义： 2.质能方程： 原子核释放能量时，要产生质量亏损.物体的能量与质量之间存在着密切的联系，即 E=mc2 ΔE=Δmc2 或 16 1.核反应过程中: 核子结合成原子核时，新核质量小于核子的质量（质量亏损）,同时以光子形式释放核能； 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。 2.核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损（即质量数守恒），可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了”一些。   有关问题的理解和注意事项 三、质量亏损 17 3）在核反应中任然遵守能量守恒定律、质量守恒定律. 4）质量是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度. 质量亏损并不是这部分质量消失或转化为能量，只是静止质量减少. 2） 物体的质量包括静止的质量和运动的质量.质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量. 1） 4.说明： 18 1．某核反应方程 。已知 的质量为2.013 6 u， 的质量为3.018 0 u， 的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7u。则下列说法中正确的是（　　） A．X是质子，该反应释放能量 B．X是中子，该反应释放能量 C．X是质子，该反应吸收能量 D．X是中子，该反应吸收能量 B 2．关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　) A．原子核的比结合能等于将其完全分解成自由核子所需能量的最小值 B．原子核衰变成α粒子和另一原子核，并释放出能量，衰变产物的结合能之和一定小于原来原子核的结合能 C．铯原子核( )的结合能小于铅原子核( )的结合能 D．比结合能越大，原子核越不稳定 C 课堂练习 3.质子、中子和氘核的质量分别为 m1、m2和 m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是（ ） A.m3c2 B. (m1 +m2)c2 C.(m3-m2-m1)c2 D.(m1+m2-m3)c2 D 一、核力与四种基本相互作用 ①四种相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、 弱相互作用 ②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 二、结合能 三、质量亏损 ①结合能：自由核子形成原子核所释放的能量，或者原子核重新分 为自由核子，需要吸收的能量。 ②比结合能：原子核的结合能与核子数之比。 △E = △mc2 课堂小结 $$