【新教材】高中物理选择性必修三--5.3核力与结合能 同步精选课件（26页ppt）

(共26张PPT)
第
节
3
核力与结合能
高中物理 选择性必修第三册
第五章
1.知道四种基本相互作用，知道核力的性质。
2.认识原子核的结合能和比结合能的概念。
3.能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。
学习目标
引入
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？
资料
对原子核结构的认识
卢瑟福，发现质子，并提出质子-电子假说
卢瑟福，提出猜想，预言原子核内可能存在一种质量与质子相近的中性粒子。
查德威克，卢瑟福学生，发现了中子，证实了卢瑟福预言的正确性。
海森伯，提出原子核由质子和中子组成的假说
一、核力与四种基本相互作用
1．四种基本相互作用
（1）万有引力
相互吸引的作用存在于一切物体之间，我们称它为万有引力。
是“长程力”。
（2）电磁力
电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，本质上是同一种
相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或
电磁力。是“长程力”。
例：质子m =1.67×10-27kg , e =1.6×10-19C,相邻质子间的距离
约为r =5×10-15m请计算一下质子间的万有引力大小和电
磁力（库仑力）大小分别是多少？
电磁力远远大于万有引力
一、核力与四种基本相互作用
1．四种基本相互作用
（3）强相互作用
核力：
核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用的存在，
即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳
定的原子核。
一、核力与四种基本相互作用
1．四种基本相互作用
（3）强相互作用
核力的特点：
①核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核的尺度内，核力
比库仑力大得多。
②核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内。核力在大于0.8×10-15m时
表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10-15m，核力急剧下降
几乎消失；而在距离小于0.8×10-15m时，核力表现为斥力，因此核子不
会融合在一起。
③每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
一、核力与四种基本相互作用
1．四种基本相互作用
（4）弱相互作用
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。弱相互作用是短程力，其力程比强力更短，为
10-18m，作用强度则比电磁力小。
一、核力与四种基本相互作用
1．四种基本相互作用
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。
一、核力与四种基本相互作用
2．四种基本相互作用的比较
二、结合能
由于核子间存在着强大的核力，
所以核子结合成原子核或者原
子核分解为核子时，都伴随着
巨大的能量变化。
1.结合能
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
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。
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
二、结合能
1.结合能
2.比结合能
猜想：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？
U-235
Li-6
比结合能
结合能
核子数
=
意义：它反映了一个原子核稳定程度。
比结合能越大，核越稳定。
2.比结合能
规律：
不同原子核的比结合能是
不一样的。中等大小的核
的比结合能最大，这些核
最稳定。
2.比结合能
三、质量亏损
1. 质量亏损
所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
总之，物体的能量和质量变化之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是
ΔE=Δmc2。
Δm为核反应前和核反应后的质量亏损，质量亏损Δm的单位为kg。
三、质量亏损
2.质能方程E=mc2
（1）质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。
（2）质能方程的本质
①质量或能量是物质的属性之一，不能说物质只具有质量的存在形式或物质只具有能量的存在形式；
②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系绝不等同于这两个量可以相互转化。
例：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.
解：一个质子和一个中子结合成氘核
单个质子和单个中子的质量和为
mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg
这个数值与氘核质量之差
（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg
与这个质量差相对应的能量为
ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J
氘核的比结合能为
核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是
本课小结
一 核力
二 原子核中质子与中子的比例
三 结合能与比结合能
四 质量亏损：质能方程
定义
特点
比结合能越大，原子核越稳定
计算
质量亏损
核反应放出的能量
当堂检测
D
1. 氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（　　）
A.核力、万有引力、库仑力
B.万有引力、库仑力、核力
C.库仑力、核力、万有引力
D.核力、库仑力、万有引力
【解析】　核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于质子间的库仑力；质子质量非常小，它们之间的万有引力小于库仑力。
D
2. 对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是（　　）
A.将原子核拆解成自由核子时释放能量
B.自由核子结合为原子核时吸收能量
C.结合能越大的原子核越稳定
D.比结合能越大的原子核越稳定
【提示】　原子核是核子结合在一起构成的，要分开它们需要的能量叫结合能。结合能与核子数之比叫比结合能。
【解析】　A、B错：自由核子结合成原子核的过程中，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时，需要吸收相应的能量，该能量即为结合能。
C错，D对：核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性。
3. ［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α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（ ）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
ABC
解析：A对：结合能是把核子分开所需的最小能量。
B对：一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，新核的比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能。
C对：核子数越多，结合能越大。
D错：比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定。
4.［2017·天津卷］［多选］原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（　　）
A.核的结合能约为14 MeV
B.核比核更稳定
C.两个核结合成核时释放能量
D.核的比结合能比的大

解析：A错：结合能等于比结合能与核子数的乘积，所以核的结合能为7×4 MeV=28 MeV。
B对：核比结合能为7 MeV，核比结合能为5 MeV，比结合能越大的核越稳定，所以核比核更稳定。
C对：核的比结合能比大，所以核结合成核时要释放能量。
D错：由题图知，核比结合能比核的小。
BC
5.静止的氡核放出α粒子后变成钋核，α粒子动能为。若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为（　　）
A.·　　　B.0　　　C.·　　　D.·
【解析】　核反应中动量守恒，钋核与α粒子动量大小相等
由可求出钋核动能：
故释放能量：
根据，可得：·，选项C正确。
C
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