5.3核力与结合能(教学课件）——高中物理人教版（2019）选择性必修第三册(共32张PPT)

(共32张PPT)
第三节
核力与结合能
第五章 原子核
学习目标
1
新课讲解
3
新课导入
2
经典例题
4
课堂练习
5
本课小结
6
目录
学习目标
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。
新课导入
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？
第一节
核力
原子核里的核子间存在相互作用的核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核
核力与四种基本相互作用
核力
①作用：
②特点：
核力是强相互作用（强力）的一种表现；核力是短程力，作用范围只有约10-15 m；每个核子只跟邻近的核子发生核力作用
核力与四种基本相互作用
四种基本相互作用
①核力为短程力
②在原子核尺度内，核力远大于库仑力
③核力只存在于核子之间，每个核子只跟临近的核子发生核力作用
引力相互作用
电磁相互作用
强相互作用
弱相互作用
核力特点
引力相互作用
引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
电磁相互作用
电荷间与磁体间的相互作用
宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的电磁相互作用。
弹力
强相互作用
原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。
p
n
n
p
p
n
短程力：约在10-15 m量级时起作用
弱相互作用
在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用
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。
短程力（弱相互作用）：约在10-18 m量级时起作用
第二节
核能
核能
结合能
思考讨论：如图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
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
核能
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
思考：如果结合能越大，就说明把原子核分开，所需要的能量越大，是不是就意味着原子核越稳定吗？
原子核越大
→核子个数越多
→但不能说明它稳定
平均到每一个核子的结合能大小来反应原子核的稳定性。
→结合能越大
结合能
核子数
比结合能=
核能
比结合能
原子核的结合能与其核子数之比，称为比结合能.
也叫平均结合能。
由图可知，中等质量原子核的比结合能大，原子核比较稳定,轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核小。
比结合能越大，原子核越稳定
原子核的结合能很难直接测量。幸好，爱因斯坦已经给我们指出了物体的能量与它的质量的关系，即
E = mc2
质子：mp=1.6726×10-27kg
中子：mn=1.6749×10-27kg
结合时的质量差
→结合能
质量变化时，表达式为：△E = △mc2
氘核： mD=3.343×10-27kg
第三节
质量亏损
质量亏损
质量亏损
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。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。
原子核
能量
质量亏损
光
中子
质子
△E = △mc2
一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
根据质量亏损计算核能
用质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．
①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳．
②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV. (1 u=931.5 MeV/C2)
经典例题
太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环，循环的结果可表示为
已知 和 的质量分别为 和
为光速。在4个 转变成1个 的过程中，释放的能量约为( )
A.8 MeV B.16 MeV
C.26 MeV D.52 MeV
C
答案　C
解析 核反应质量亏损 ，
释放的能量 ，
选项C正确。
D
关于自然界中四种基本相互作用，下列说法正确的是( )
A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当
B.原子核内任意两个核子间都存在核力
C.核力是强相互作用，一定是引力
D.弱相互作用是短程力
答案　D
解析 核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力，A错误；原子核内只有相邻的两个核子间存在核力，B错误；核力是强相互作用，可表现为引力，也可表现为斥力，C错误；弱相互作用是短程力，D正确。
在研究原子核的衰变过程中，发现铀238发生衰变产生了新核钍234，其衰变方程为 ，下列判断正确的是( )
A.该衰变类型为β衰变
B.衰变方程满足质量数守恒，所以没有质量亏损
C.铀238的结合能大于钍234的结合能
D.铀238的比结合能大于钍234的比结合能
C
答案　C
解析 依据质量数和电荷数守恒，衰变方程为 ，X是氦原子核，属于α衰变，故A错误；衰变方程虽满足质量数守恒，但要释放能量，依据质能方程，可知存在质量亏损，故B错误；自然组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，因此铀238的结合能大于钍234的结合能，故C正确；依据原子核越稳定，则其比结合能越大，可知铀238发生衰变产生新核钍234，则钍234较稳定，因此钍234的比结合能大于铀238的比结合能，故D错误。
原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的是( )
A.铀核 比钡核 结合能大，核子平均质量大
B.钡核 比氪核 核子数多，比结合能大
C.两个 结合成 时需要吸收能量
D. 的结合能约为5 MeV
A
当堂检测
答案　A
解析 铀核 比钡核 的核子数多，所以铀核 比钡核 结合能大，核子平均质量大，故A正确；钡核 比氪核 核子数多，结合能大，但是钡核 比氪核 的比结合能小，故B错误；比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，所以两个 结合成 时放出能量，故C错误；由题图可知， 的比结合能约为5 MeV，所以其结合能约为
，故D错误
关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A.原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定
B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，则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（ ）的结合能一定小于铅原子核（ ）的结合能
D.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
BCD
答案　BCD
解析 原子核的比结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定，A错误；重原子核衰变成α粒子和另一原子核的过程中放出能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；铯原子核与铅原子核都是中等质量的原子核，铯原子核 的比结合能比铅原子核 的比结合能略大，而铅原子核中的核子数比铯原子核的核子数多很多，所以铯原子核 的结合能一定小于铅原子核 的结合能，C正确；原子核是核子结合在一起构成的，把它们分开为自由核子需要的最小能量等于原子核的结合能，D正确。
本课小结
核力与结合能
核力与四种基本相互作用
核力的定义、特点
四种基本相互作用
结合能
质量亏损：质能方程 E=mc2
比结合能
核能的计算方法