物理人教版（2019）选择性必修第三册5.3核力与结合能（共23张ppt）

(共23张PPT)
5.3 核力与结合能
fuxi
新课导入
【问题一】原子核的构成？
由中子和质子构成
【问题二】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？
猜想：万有引力？
fuxi
新课导入
验证：质子间的电磁力是万有引力的1035倍
结论：核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力。
猜想：存在第三种力——核力，是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
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。
4.能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因
fuxi
学习目标
fuxi
新知探究
一、核力与四种基本相互作用
1.核力：
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.这种作用称为强相互作用。
2.核力的特点
(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现.
(2)核力是短程力，约在10－15 m 数量级时起作用，
距离大于0.8×10-15 m时为引力，
距离小于0.8×10－15 m时为斥力，
距离超过1.5×10-15 m时核力几乎消失.
(3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用.
(4)核力与电荷无关。核力与核子电荷无关。
fuxi
新知探究
一、核力与四种基本相互作用
3.四种基本相互作用
（2）电磁力(电磁相互作用)：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。电磁力和万有引力都是“长程力”
（1）万有引力：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。
（3）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。
（4）弱相互作用：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。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，只有10－18m，作用强度则比电磁力小。
fuxi
典型例题
【例题1】下列说法不正确的是(　　)
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
D
fuxi
新知探究
二、结合能
【问题三】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
fuxi
新知探究
二、结合能
1.结合能:
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。
①将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量
②将单个核子结合成原子核所要放出的能量
2.理解：
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。
【问题四】结合能的大小与什么因素有关？
组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。
3.注意：
fuxi
新知探究
二、结合能
如何才能反映原子核的稳定程度？
Li-6
U-235
【问题五】结合能越大原子核是不是越难被拆散？也就是说结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？
fuxi
新知探究
二、结合能
原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。
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。
它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。
1.比结合能：
比结合能
结合能
核子数
=
2.理解：
3.意义：
fuxi
新知探究
二、结合能
4.比结合能曲线：
从图中可看出：
①不同原子核的比结合能是不一样的。
②中等质量原子核的比结合能最大，表示原子核不太稳定;
③轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小，表示原子核较稳定。
fuxi
典型例题
【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
D
fuxi
典型例题
【例题3】(多选)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有（　 　）
A. 核的结合能约为14 MeV
B. 核比核更稳定
C. 两个核结合成核时释放能量
D. 核的比结合能比的大
BC
fuxi
新知探究
三、质能方程
2.说明：
1.物体的能量和质量之间存在着某种联系：
爱因斯坦
爱因斯坦质能方程
（1）质量和能量的不可分割性
（2）一定质量的物体所具有的总能量是一定的。
（3）物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作。
fuxi
典例分析
单个的质子与中子的质量之和为
这个数值与氘核质量之差
与这个质量差相对应的能量为
解：
【例题4】已知中子的质量mn为，质子的质量mp为，氘核的质量mD为，求氘核的比结合能。
fuxi
典例分析
【例题4】已知中子的质量mn为，质子的质量mp为，氘核的质量mD为，求氘核的比结合能。
在核物理中，能量单位常常使用电子伏特(eV)，即
所以，氘核的结合能是
氘核的比结合能为
计算表明氘核的质量比中子和质子的质量之和要小一些．
fuxi
新知探究
四、质量亏损
1.定义：
原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫质量亏损。
(1)核反应过程中:
核子结合成原子核时，新核质量小于核子的质量（质量亏损）,同时以 光子形式释放核能；
原子核分解为核子时，需要吸收一定能量，核子的总质量大于原原子核的质量。
(2)核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损（即质量数守恒）。
(3)质量亏损并非质量消失，而是减少的质量以能量形式辐射（动质量），因此在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒。
2.说明：
fuxi
新知探究
四、质量亏损
(1)根据质量亏损计算
①根据核反应方程，计算核反应前、后的质量亏损。
②根据爱因斯坦质能方程计算核能。
其中的单位是千克，的单位是焦耳。
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算
根据1原子质量单位(u)相当于931.5的能量，
用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5，
即。
其中的单位是，的单位是。
3.核能的计算方法
fuxi
典型例题
【例题5】下列说法正确的是(　　)
A．爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D．因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，系统的总能量不守恒
B
fuxi
典型例题
【例题6】关于质能方程，下列说法中正确的是（ ）
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
BD
fuxi
典型例题
【例题7】在某些恒星内，3个粒子结合成1个原子，原子的质量是，原子的质量是。已知，则下列描述错误的是( )
A. 反应过程中的质量亏损是
B. 反应过程中的质量亏损是
C. 反应过程中释放的能量是
D. 反应过程中释放的能量是
D
核力与结合能
fuxi
课堂小结
核力与四种基本相互作用
结合能
比结合能
质量亏损：质能方程