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

null 核力与结合能 核能 在核反应中释放出来的能量，就是通常所说的核能。 知识回顾： 研究物体能量，离不开对力做功的分析。 核能 在核反应中释放出来的能量，就是通常所说的核能。 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？ 库仑力 万有引力 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？ 原子核中的质子要用万有引力来抗衡库仑力是不可能的。 在核子之间一定存在着另一种更大的力，使得核子紧密结合在一起。 一、核力与四种基本相互作用 1.什么是核力？ 2.核力有哪些特点？ 3.原子核中还有其他的相互作用吗？ 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。 ⑵核力是短程力。约在10-15m 数量级时起作用。 ⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。 ⑶核力与电荷无关。 ⑷核力具有饱和性。每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。 2.核力的特点 对核力的研究，仍在继续..... 一、核力与四种基本相互作用 延迟符 3.弱相互作用 短程力，引起原子核β衰变的原因 一、核力与四种基本相互作用 10 相互作用 相对强度 作用范围 作用对象 引力相互作用 电磁相互作用 强相互作用 弱相互作用 F∝1/r2 长程力 F∝1/r2 长程力 10-15m 短程力 <10-18m 短程力 四种基本相互作用性质的比较 10-39 1/137 1 10-5 一切物体之间 电荷之间 核子之间 基本粒子之间 电离能 ？能 1.什么是结合能？ 自由核子结合成原子核要放出一定能量；原子核分解成自由核子，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。 二、结合能 注意：结合能不是原子核具有的能量。 1.什么是结合能？ 自由核子结合成原子核要放出一定能量；原子核分解成自由核子，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。 2.影响结合能大小的因素是什么？ 二、结合能 注意：结合能不是原子核具有的能量。 3.结合能越大的原子核，越稳定吗？ 比结合能 = 结合能 核子数 平均到每一个核子的结合能大小 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。 1.什么是结合能？ 自由核子结合成原子核要放出一定能量；原子核分解成自由核子，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。 2.影响结合能大小的因素是什么？ 二、结合能 注意：结合能不是原子核具有的能量。 3.结合能越大的原子核，越稳定吗？ 原子核的核子数越多，结合能越大。 比结合能越大，原子核越稳定。 延迟符 比结合能图像 可以看出，中等大小的核比结合能最大，这些核最稳定。 在研究微观粒子时，能量单位常用电子伏特：1eV=1.60×10－19J，1MeV=1.0×106eV。 17 例1 .(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是（ ） √ √ 结合能、比结合能 00000000000000000 E1 E2 ΔE＝E2-E1 类比化学反应 E反应物总结合能 反应物 E生成物总结合能 生成物 ΔE＝E生成物总结合能-E反应物总结合能 当原子核的结合状态变得更紧时，就会因为核力的做功而把多余的“结合能”以核能的形式释放出来。 核能与结合能的关系 反应物 生成物 ΔE 质能方程 1905年，爱因斯坦写了《物质的惯性同它所含有的能量有关吗？》一文。揭示了质量和能量的关系，即： E＝mc2 或 ΔE＝Δmc2 思考：生活中，我们常能看到物体的能量发生了变化，为什么察觉不到物体质量发生的变化？ 原因：由于光速很大，通常看到的物体能量的变化量对应的质量的变化量就很小，因此我们觉察不到。 1951年诺贝尔物理学奖获得者 瓦尔顿（1903-1995） 考克饶夫（1897-1967） 1932年，利用加速器实现的核反应，首次实验验证“质能方程”。 【例题】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。 单个核子的质量/kg 1.6749×10－27 原子核的质量/kg mn 1.6726×10－27 3.3436×10－27 3.3475×10－27 3.3436×10－27 mp mD 总质量 质量 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损 单个核子的质量/kg 1.6749×10－27 原子核的质量/kg mn 1.6726×10－27 3.3436×10－27 3.3475×10－27 3.3436×10－27 mp mD 总质量 质量 Δm=(mn+mp-mD)=0.0039×10－27kg 质量差 与这个质量差相对应的能量 ΔE=Δmc2=3.51×10－13J 氘核的结合能为 ΔE 氘核的比结合能为 ΔE＝Δmc2 三、质量亏损 24 核能的计算 2.根据质量亏损计算核能 1.利用结合能来计算核能 ΔE＝Δmc2 ΔE＝E生成物总结合能-E反应物总结合能 Δm＝m反应物总质量-m生成物总质量 例2.英国物理学家考克饶夫和爱尔兰物理学家瓦尔顿建造了一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核(　 )，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核。 (1)写出核反应方程式；(2)求反应过程中释放的核能ΔE（需要哪些已知）。 四、核能的计算 锂原子核的比结合能E1，α粒子的比结合能E2。 爱因斯坦质能方程的理解 1.根据质能方程，能否认为质量和能量可以相互转化？ 2.质量亏损现象是否违反了质量守恒定律？ 没有违反，亏损的静质量等于γ光子的动质量。 不能，质能方程反应了质量和能量在数值上的关系。但质量和能量是两个 不同属性的物理量，不可以相互转化。 常用单位: 1.m用“u(原子质量单位)”， 1u=1.6605×10-27kg 2.ΔE用“MeV(兆电子伏特)”，1u相当于931.5MeV ΔE＝Δmc2 计算核能的常用单位 A.7.265 7 MeV B.5.265 7 MeV C.1.16×10－12 J D.1.16×10－9 J √ √ 延迟符 课堂小结 31 A.He核的结合能约为14 MeV B.He核比Li核更稳定 C.2个H核反应生成He核时释放能量 D.U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 Li Lavf57.83.100 例3 .(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成一个C，C原子核的质量是12.0000 u，He原子核的质量是4.002 6 u，已知1 u的质量对应931.5 MeV的能量，则此核反应所释放的核能约为（ ） $$null