5.3 核力与核反应方程 （共23张PPT）课件 2024-2025学年高二物理粤教版（2019）选择性必修3

第五章 原子与原子核
第三节 核力与核反应方程
如果一种元素具有放射性，那么不论它是以单质的形式存在，还是以某种化合物的形式存在，放射性都不受影响，即放射性与元素所处的化学状态无关。
由于元素的化学性质取决于原子核外的电子，
因此: 射线来源于原子核。原子核具有内部结构。
原子核
对于核力与核反应方程的研究历程，就由此开始。
学习目标
1.掌握质量数、电荷数和核子数间的关系；
2.知道核反应及其遵从的规律，会正确书写核反应方程；
3.了解四种基本相互作用，知道核力的特点；
4.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算
一、原子核的组成
1919年，卢瑟福用α粒子轰击氮核时，发现了质子。
卢瑟福的学生查德威克用射线轰击铍时发现了中子。
质子的符号：p
中子的符号：n
质子的质量：
中子的质量：
经过进一步研究发现：原子核由中子和质子组成，中子与质子的质量几乎相等；
组成原子核的之中子和质子被统称为核子；
原子核符号：
其中Z表示核电荷数，A表示质量数，即相对原子质量，原子的结构得以总结如下：
原子
核外电子
原子核
质子
中子
二、核反应方程
核反应：利用天然放射性的高速粒子或人工加速的粒子去轰击原子核，以产生新的原子核，这个过程叫作核反应。
反应能：在核反应过程中，原子核的质量数和电荷数会发生变化，同时伴随着能量的释放和吸收，所放出或吸收的能量叫作反应能。
用来表示核反应过程的方程式叫作核反应方程，核反应方程通过数学手段，简洁优美的向我们展示了核反应的过程。
卢瑟福用α粒子轰击氮核发现质子的核反应方程：
在核反应过程中，方程两边总的电荷数和质量数守恒。
查德威克用α粒子轰击铍核发现中子的核反应方程：
注意：核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单向箭头表示反应方向。
思考：核反应后原子核发生了什么变化? 有什么规律？
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。
1.引力相互作用
三、核力及四种基本相互作用
2.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。
根据库仑力的计算公式，质子间存在着巨大的库仑斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？
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。估算两质子间库仑斥力与万有引力之比？
解：
结论：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斥力是不可能的。
再猜想：核子之间一定存在着第三种力，使核子能紧密的结合在一起。
分析论证：万有引力和库仑力对比
猜想：核子间的万有引力使它们紧紧结合在一起？
科学家们通过对核子之间的作用力进一步进行研究，发现了核力的存在，有关核力的基础知识如下：
（1）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。
核力是短程力。约在 10-15 m量级时起作用，
距离大于0.5×10-15 m时为引力, 距离为2×10-15m时核力几乎消失，
距离小于0.5×10-15 m时为斥力(使核子不融合在一起)
核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
（2）核力的特点
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，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10-15m量级时起作用
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。
4.弱相互作用
四、结合能
②将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？
吸收能量
放出能量
提出问题：①若要把核子分开，需要什么条件？
因为原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开或结合，也需要能量，这就是原子核的结合能。简单来说，结合能是指以下两点：

将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量。
将单个核子结合成原子核需要放出的能量。
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
1.6749×10－27
m氘
3.3436×10－27
mp
1.6726×10－27
总质量
总质量
3.3436×10－27
3.3475 ×10－27
原子核的质量总是小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。
中子与质子结合成氘原子核
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
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？
→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=
原子核越大
1．卢瑟福预言原子核内除质子外还有中子的事实依据是（ ）
A．电子数与质子数相等
B．原子核的质量大于核内质子质量
C．原子核的核电荷数只是原子数的一半或少一些
D．质子和中子的质量几乎相等
B
2.(多选)天然放射性元素 (钍)经过一系列α衰变和β衰变后，变成 (铅)，以下说法中正确的是( )
A.铅核比钍核少8个质子
B.铅核比钍核少16个中子
C.共经过4次α衰变和6次β衰变
D.共经过6次α衰变和4次β衰变
ABD
3. 在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C原子，C原子的质量是12.0000?u，He原子的质量是4.0026?u。已知1?u=1.66×10?27kg，则下列描述错误的是( )
A. 反应过程中的质量亏损是0.0078?u
B. 反应过程中的质量亏损是1.29×10?29kg
C. 反应过程中释放的能量是7.26?MeV
D. 反应过程中释放的能量是1.16×10?19J
?
D
核力与核反应方程
原子核的组成
核方应方程
结合能
结合能计算
比结合能
结合能
原子核表示方法
质子和中子组成原子核
衰变本质
规律
核力
四种基本相互作用