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

人教版 高中物理选择性必修三 核力与结合能 5.3 1 素养目标 知道四种基本相互作用，知道核力的性质。 能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。 认识原子核的结合能和比结合能的概念。 新课引入 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？自然界存在着几种基本相互作用呢？ 01 核力与四种相互作用 核力与四种相互作用 1.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。 ③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。 ④核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。 ②核力是短程力。约在 10-15m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。 ① 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。 核力与四种相互作用 2.四种相互作用： （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。 核力与四种相互作用 （2）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。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。 核力与四种相互作用 （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。 短程力：约在10-15m量级时起作用 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，即引起中子一质子转变的原因。 短程力：约在10-18m量级时起作用 （4）弱相互作用 核力与四种相互作用 四种基本相互作用按强度来排列，顺序是：强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用 尽管四种相互作用存在巨大的差别，物理学家们在努力寻求力的统一。近年来，在弱作用和电磁作用的统一方面，已经取得成功。 实验已经证明：正如电和磁是电磁作用的两种不同表现一样，弱作用和电磁作用也只不过是统一的弱电相互作用的两种不同表现而已。弱电统一的成就促进了强、电、弱三种作用统一起来的大统一的研究。 3.四种基本相互作用的比较 作用对象 特点 作用范围 举例 引力相互作用 电磁相 互作用 强相互 作用 弱相互 作用 一切物体之间 随距离增大而减弱 长程力，宏观 重力 电荷间、电流间、磁体间 引力相互作用 长程力，宏观 弹力、摩擦力 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 基本粒子之间 距离增大时，急剧减小，比强相互作用小得多 基本粒子间的力 短程力，微观 引起原子核β衰变的原因 四种相互作用 02 结合能 思考讨论：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? 由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化 结合能 结合能 1.结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。 结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？ 如何才能反映原子核的稳定程度？ 结合能 2.比结合能： 原子核的结合能与其核子数之比，称做比结合能。也叫作平均结合能。 意义：比结合能越大，原子核就越稳定，表示该核就越稳定。中等大小的核的比结合能最大，结合得最稳定。 理解：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 = 结合能 结合能 把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量 比结合能 等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度 比结合能曲线 从图中可看出，中等大小的核 的比结合能最大，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 原子核的比结合能随质量数变化 03 质量亏损 质量亏损 原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。 核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，正表明它们在互相结合过程中放出了能量。 质量亏损 爱因斯坦质能方程 ： E=mc2 （ ΔE=Δm·c2） 式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。 常用单位: m用“u (原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg 1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变) 质量亏损 【例题】已知中子的质量mn为1.6749×10-27 kg，质子的质量mp为1.6726 × 10-27 kg，氘核的质量mD为3.343 6 × 10-27 kg，求氘核的比结合能。 单个的质子 与中子的质量之和为 这个数值与氘核质量之差 与这个质量差相对应的能量为 解： 质量亏损 在核物理中，能量单位常常使用电子伏特(eV)，即 所以，氘核的结合能是 氘核的比结合能为 第一、 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。 第二、 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。 第三、质量亏损并非质量消失，而是减少的质量m以能量形式辐射(动质量，因此质量守恒定律不被破坏。 有关问题的理解和注意事项 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． 小试牛刀 1.下列对核力的认识正确的是 ( ) A.任何物体之间均存在核力 B.核力广泛存在于自然界中的核子之间 C.核力只存在于质子之间 D.核力是一种强相互作用力 D 小试牛刀 2.下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有(　　) A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大 C.重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大 D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 D 小试牛刀 3.下列有关质能方程的说法中，正确的是（ ） A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互 转化 B.由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质 量作为它所蕴藏的能量的量度 C.核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量 D.因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、 系统的总能量和总质量并不守恒 B 课堂小结 01 引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用 核力与四种基本相互作用 03 原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。 质量亏损 02 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能（bindingenergy） 结合能 结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。 人教版 高中物理选择性必修三 感谢观看 27 $$