人教版选修三5.3 核力与结合能 课件（18张PPT）

(共18张PPT)
5.3核力与结合能
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？
F库
中子
质子
质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；万有引力常量G的数量级为10-11，静电力常量k的数量级为109。估算库仑力与万有引力之比？
原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。
在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
第三种力——核力
是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
一、核力与四种基本相互作用
能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
1、核力：
2、核力的特点：
⑵核力是短程力。约在10-15m 数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力, 距离为1.5×10-15m 时核力几乎消失，距离小于 0.8×10-15m 时为斥力，因此核子不会融合在一起。
⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多（比库仑力强137倍）。
⑶核力与电荷无关。（核力与核子电荷无关）
⑷核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。
一、核力与四种基本相互作用
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
3、四种基本相互作用的对比
引起原子核β衰变的原因
【例题1】 (多选)下列说法正确的是(　　 )
A.核力是短程力,作用范围很小,只在邻近核子间发生
B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内,形成稳定的原子核,但又不会融合在一起
C.质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力
D.核力是一种弱相互作用力,在其作用范围内,核力比库仑力大得多
解析：
ABC
核力作用的范围在10-15 m区域内，只在邻近核子间发生，是短程力，A正确；核力可能表现为引力，也可能表现为斥，B正确；核力是核子之间的强相互作用力，C正确；核力是一种强相互作用力，D错误。
二、结合能
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，一部分动能变成热并散失掉了。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，还要重新赋予它们能量。
宏观现象：
要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、让氢原子吸收光子等途径使它得到相应的能量。
微观现象：
如图5.3-3，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？
γ为光子，其能量ε≥27.386MeV，反应才能发生
γ为光子，其能量ε＝27.386MeV
把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量相等。
分开氦原子核
核子结合成氦原子核
二、结合能
1、结合能
原子核分解成核子时所吸收的能量。
吸收27.386MeV
吸收2.2MeV
也是核子结合成原子核而释放的能量
组成原子核的核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比。
2、比结合能（平均结合能）
意义：它反映了一个原子核稳定程度，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。
三、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。
1、质量亏损：
（组成原子核的核子的质量之和与原子核的质量之差）
(3)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。
(1)质量亏损的同时以光子形式释放核能；原子核分解为核子时,吸收一定能量，核子的总质量大于原原子核的质量。
(2)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒。
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。
三、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。
2、爱因斯坦质能方程：E＝mc2 （ΔE＝Δmc2）
E＝mc2
ΔE＝Δmc2
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.
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
Δm ＝（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
解析：
三、质量亏损
3、原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
铁（Fe）原子的比结合能最大
铁（Fe）
原子比较稳定
比结合能最高的是镍-62。只不过镍-62最终也会衰变成铁元素，所以我们会习惯性地认为铁元素的比结合能最高。
三、质量亏损
3、原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
核子平均质量
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大
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。
使较重的核分裂成中等大小的核，比结合能会增加，发生质量亏损，释放结合能。
【例题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
解析：
D
核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确。
1、核力与四种基本相互作用
⑴四种相互作用:
⑵核力：
2、结合能
3、质量亏损
⑴结合能：
⑵比结合能：
引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用
能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
原子核分解成核子时所吸收的能量。
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。
ΔE＝Δmc2
解析：
A
【例题4】用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子。生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看成m，光速为c。
⑴写出核反应方程； ⑵求氚核和α粒子的速度大小；
⑶若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。
解析：