5.3 核力与结合能 课件（共15张PPT）

(共15张PPT)
核力与结合能
学习目标：
1、核力与四种基本相互作用
2、结合能与比结合能
3、质量亏损与核能的计算
问题导入
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
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的之比？
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。
第三种力——
是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
一、核力
核力
定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
核力的特点：
⑵核力是短程力。
⑶核力与电荷无关。
⑷核力具有饱和性。
1、核力：
⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。
思考与讨论：
一个小铁球在磁铁的引力作用下不断靠近，最终被磁铁吸住。
情景1：
两物体为了结合需要付出一定的代价即损失一部分的能量
放出能量
吸收能量
结合能
消耗一定的能量才能将其分开
类比
原子核分解成核子时所吸收的能量
2、结合能：
也是核子结合成原子核而释放的能量
定义：原子核分解成核子时所吸收的能量
二、结合能与比结合能
温馨提示：结合能不是原子核具有的能量
思考与讨论：
1、核子数越多，原子核的结合能越大吗？
2、结合能越大，原子核越稳定吗？
2、结合能：
也是核子结合成原子核而释放的能量
定义：原子核分解成核子时所吸收的能量
3、比结合能：
定义：原子核的结合能与核子数之比
（平均结合能）
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
类比：国内生产总值（GDP）vs人均国内生产总值
二、结合能与比结合能
温馨提示：结合能不是原子核具有的能量
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。
原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
思考与讨论：
较轻的核D与E聚合成中等大小的核F的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？
<
放出
反应物的结合能：
生成物的结合能：
=
原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
较重的核A分裂成中等大小的核B与C的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？
思考与讨论：
较轻的核D与E聚合成中等大小的核F的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？
核电站、氢弹
<
<
放出
放出
三、质量亏损
已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，但其结合成的氘核的质量却是mD=3.3436×10-27kg。自由核子结合成原子核的过程中质量如何变化？
情景2：
mn+mp>mD
质量亏损
质量亏损是否违背质量守恒定律？
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
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.
解：一个质子和一个中子结合成氘核，
该过程中质量之差为
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
例题1
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
氘核的比结合能为
原子物理中常把碳12原子质量的1/12叫作“原子质量单位”，用1u表示（1u=1.6605×10-27kg）。请证明：1u相当于931.5MeV的能量。已知光速c为2.9979×108m/s，元电荷e为1.6022×10-19C。
例题2
解：ΔE=Δmc2=1.6605×10-27×(2.9979×108)2J=1.492×10-10J
1eV=1.602×10-19J
1u=931.5MeV
课堂小结
一 核力
二 结合能与比结合能
三 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