5.3核力与结合能课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册(共19张PPT)

(共19张PPT)
学习目标
1.了解四种基本相互作用,知道核力的性质。
2.知道原子核的结合能和比结合能的概念。
3.知道什么是质量亏损,能应用爱因斯坦质能方程进行计算。
5.3 核力与结合能
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
核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力。
一、核力与四种基本相互作用
1、核力的特点：
(1)核力是强相互作用的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多
(2)核力是短程力，作用范围在之内
(3)每个核子只与相邻的核子发生核力的作用，这种性质称为核力的饱和性
(4)核力与电荷无关
核力的产生机制还在深入研究之中！
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分类 名称
引力相互作用
电磁相互作用
强相互作用
弱相互作用
一、核力与四种基本相互作用
2、四种基本相互作用
作用范围
无穷
长程力
短程力
无穷
相对强度
举例
天体之间
库仑力、分子力
压力/拉力/弹力支持力/摩擦力
核力
引起β衰变原因
二、结合能
→因为引力
相互靠近
→速度↑
→撞在
一起
损失能量
补充能量
两个物体为了结合在一起付出了代价，损失了能量
相距很远
的两物体
→一部分动能以内
能的形式散失
思考与讨论：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，需要吸收能量还是放出能量？
结合能：
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把原子核拆散成单个自由的核子，要克服核力做巨大的功，需要（吸收的）巨大能量，这就是原子核的结合能。这个能量也是核子结合成原子核时释放的能量。
当一个质子和一个中子结合成氘核时，以光子的形式释放2.19MeV的能量
反之需要提供2.19MeV能量，才能把一个氘核拆分为一个质子和一个中子
二、结合能
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=
比结合能越大，把同样数量的核子分开所需要的能量越大，说明原子核中的核子结合的越牢固，原子核越稳定。
比结合能大小反映原子核的稳定程度
二、结合能
思考：如何计算原子核的结合能？
1、爱因斯坦质能方程：
E = mc2
2、质量亏损：
核子结合成原子核时，核力做功释放出结合能，原子核的总能量比单独核子的总能量小，所以原子核的总质量也要比组成核的核子质量小。我们把组成原子核的核子质量与原子核的质量只差为△m，这叫做核的质量亏损
△E = △mc2
3、结合能与质量亏损的关系为
因此，比结合能
二、结合能
课本例题
已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.343×10-27kg，求氘核的比结核能。
解：
△m=（mn+mp）-mD=3.90×10-30kg
△E =△mc2=3.90×10-30×（3.00×108）2=3.51×10-13J
能量单位常用电子伏特1eV=1.6×10-19J
氘核的比结合能：
体会：核反应中的质量亏损并非质量消失，而是减少的质量以
能量的形式释放出去了
例题：质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速) (　　)
A.(m1+m2-m3)c
B.(m1-m2-m3)c
C.(m1+m2-m3)c2
D.(m1-m2-m3)c2
答案:C
（1）不同原子比结合能不一样。比结合能越大，原子核越稳定.
理解比结合能曲线
(2)由图，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。
说明：把轻核聚合成质量较大的核，
或者把重核分裂成中等质量的核，核子的比结合能都会增加，即核子发生新的质量亏损，也会伴随着核能的释放
二、结合能
【典例2】关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)
A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核分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
答案: D
根据质量亏损计算核能
(2)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)
P162【典例4】一个静止的铀核U放出一个α粒子后衰变成钍核Th.已知mU=232.037 2 u,mα=4.002 6 u,mTh=228.028 7 u,1 u=1.67×10-27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量,结果均保留两位有效数字.
(1)写出铀核的衰变方程.
(2)算出该衰变反应中释放出的核能.
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能,则α粒子的动能为多少
课堂小结