5.3 核反应 结合能 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第五章 原子核与基本粒子 第3节 核反应 结合能 衰变是原子核的自发变化,科学家更想人工控制原子核的变化。用 粒子、质子、中子、光子或高能电子去轰击一些原子核,可以制造出一些新的元素及新的放射性同位素,实现了原子核结构的人工转变。 1.定义:原子核与原子核,或者原子核与其他粒子相互作用产生新核的过程,叫作核反应 3.规律:质量数和电荷数都守恒 2.条件:用 粒子、质子、中子,甚至用 光子轰击原子核使原子核发生转变。 一、核反应 (1)1919 年,卢瑟福发现质子的核反应。 (2)1932 年查德威克发现中子的核反应。 (3)1934 年约里奥 居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。 4.原子核人工转变的三大发现 二、原子核结合能 ②将一个质子和中子结合在一起,会产生什么现象? 吸收能量 放出能量 提出问题:①若要把核子分开,需要什么条件? 1.结合能:因为原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开或结合,也需要能量,这就是原子核的结合能。简单来说,结合能是指以下两点: 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。 当光子能量等于或大于2.19MeV时, 这个反应才会发生 一个质子和一个中子结合成氘核, 要放出2.19MeV的能量 注意: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 爱因斯坦 物体的能量和质量之间存在密切的联系 核子在结合成原子核时要放出能量,出现质量亏损,大小为: 质 能 方 程 物体质量,随着能量的变化,会发生变化。 爱因斯坦质能方程:E=mc2 ( E= mc2) E=mc2 E= mc2 2.质量亏损 因为引力 相互靠近 速度 撞在 一起 损失能量 补充能量 两个物体为了结合在一起付出了代价,损失了能量 相距很远 的两物体 一部分动能以内能的形式散失 质量亏损的原因如下: 思考:将一个质子和一个中子结合成一个氘核,能量减小了,是否违反了能量守恒定律?为什么? 没有违反能量守恒定律;减小的这部分能量以 光子释放出去。 思考:将一个质子和一个中子结合成一个氘核,质量减小了,是否违反了质量守恒定律?为什么? 没有违反质量守恒定律;减小的那部分质量等于 光子的动质量。 对质量亏损理解 (1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒,所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量,质量亏损是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。 (2)质量亏损也不是核子个数的减少,核反应中核子个数是不变的。 三、比结合能曲线 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 比结合能 = 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.比结合能: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。 由图可知,中等质量原子核的比结合能大,原子核比较稳定,轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核小。 2.比结合能与原子核稳定的关系 (1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度,比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。 (2)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,就可能释放核能。例如,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。 3.计算核能的方法 (1)根据质量亏损计算核能 ①先计算质量亏损 m:根据核反应方程及各原子核的质量,计算核反应前后的质量亏损 m。 ②再计算核能 E:若 m的单位是千克,则应用 E= mc2计算核能, E的单位是焦耳;若 m的单位是u,则应用 E= m 931.5 MeV计算核能, E的单位是兆电子伏。 (2)根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,利用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化。 (3)利用比结合能来计算核能 原子核的结合能=原子核的比结合能 核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。 释放能量 总结合能增加 吸收能量 总结合能减小 1.(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 ( ) A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B.一重原子核衰变成 粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C.铯原子核Cs)的结合能小于铅原子核Pb)的结合能 D.比结合能越大,原子核越不稳定 ABC 2.在研究原子核的衰变过程中,发现铀238发生衰变产生了新核钍234,其衰变方程为 ,下列判断正确的是( ) A.该衰变类型为 衰变 B.衰变方程满足质量数守恒,所以没有质量亏损 C.铀238的结合能大于钍234的结合能 D.铀238的比结合能大于钍234的比结合能 C 3. 在某些恒星内,3个粒子结合成1个原子,原子的质量是,原子的质量是。已知,则下列描述错误的是( ) A. 反应过程中的质量亏损是 B. 反应过程中的质量亏损是 C. 反应过程中释放的能量是 D. 反应过程中释放的能量是 D 核反应 结合能 核方应方程 结合能 结合能计算 比结合能 结合能 规律 核反应 BeHen $