5.3核力与结合能（共20张ppt）

(共20张PPT)
人教版物理选择性必修第三册
第五章 原子核
3、核 力 与 结 合 能
原子核
质子（带正电）
中子（不带电）
思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不散开？
质子间距数量级为10-15m；质子质量数量级为10-27kg；质子电量数量级为10-19kg；万有引力常量数量级为10-11；静电力常量数量级109。
万有引力
物理学家发现：有第三种力存在，是这种力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
库仑力 万有引力 核力
一、核力
使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核的力
1.核力是一种强相互作用。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量级时起作用，
距离大于0.8×10-15m时为引力；
距离小于0.8×10-15m时为斥力，
因此核子不会融合在一起；
距离为10×10-15m时核力几乎消失。
3. 核力具有饱和性，即每个核子
只跟相邻的核子产生核力作用。
4. 核力与电荷无关，它存在于质子、质子
间,中子、中子间，质子、中子间。
二、四种相互作用
宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能，最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价，失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。
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。
三、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。
微观模型：用γ光子照射氘核，可以使它分解为一个质子和一个中子，
从实验知道，只有当光子能量等于或者大于2.22MeV时，这个反应才会发生。
相反的过程是一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量，这
个能量以γ光子的形式辐射出去
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是核子结合成原子核时所放出的能量， 或是把核子分开时所需要的能量。
结合能越大，原子核是不是越难被拆开？
结合能大小能反应原子核的稳定程度吗？
U-235
Li-6
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．
四、质量亏损
质能方程
物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2．
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 3.3436×10-27 kg，求氘核的比结合能。
解: 单个的质子与中子的质量之和为
mp ＋ mn ＝（1.672 6 ＋ 1.674 9）×10-27 kg ＝ 3.347 5×10-27 kg
Δm ＝（mp ＋ mn）－mD ＝（3.347 5 － 3.343 6）×10-27 kg
＝ 3.90×10-30 kg
Δ E ＝ Δ mc 2 ＝ 3.90 × 10 - 30 ×（ 3.00 × 10 8 ） 2 J ＝ 3.51 × 10 - 13 J
1 eV ＝ 1.60 × 10 - 19 J
Δ E ＝ 2.19 × 10 6 eV ＝ 2.19 MeV
氘核的比结合能为 2.19/2MeV=1.10 MeV
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损（mass defect）。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。
1、有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？
2、质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？
3、爱因斯坦质能方程中说明质量和能量可以相互转化吗？
不同原子核的比结合能是不一样的，下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。
辨析题
1．原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡．( )
2．核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．( )
3．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因．( )
4．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．( )
5．比结合能越大，原子核越稳定．( )
6．质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．( )
1、(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是(　　)
A．核子结合为原子核时，一定释放能量
B．核子结合为原子核时，可能吸收能量
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
AD
2、下列说法中，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．核反应中发现的“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
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