人教版选修三 5.3 核力与结合能 课件（21张PPT）

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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。
请计算库仑力与万有引力比值
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（比库仑力强137倍）。
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。
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
二、四种相互作用
宏观模型：人造卫星
微观模型：基态氢原子
结合：释放能量；分解：吸收能量
核子结合成原子核是释放能量还是吸收能量？
原子核分解为核子呢？
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。
例：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2.19MeV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2.19MeV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？
结合能大小能反映原子核的稳定程度吗？
U-235
Fe-56
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．
反映了原子核的稳定性
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。
mn
mp
+
mD
=
？
mn
mp
+
mD
=
+
ΔmD
？
四、质量亏损
爱因斯坦
物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：
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 （ΔE＝Δmc2）
E＝mc2
ΔE＝Δmc2
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
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。
你能看出比结合能与质量数的关系吗？
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
3、(2017·江苏单科)(多选)原子核的比结合能曲线如图1所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　　)
BC
谢 谢 大 家！