5.3 核力与核反应方程 课件（共23张PPT）

第五章 原子与原子核
第三节 核力与核反应方程
烟雾报警器内部含有少量放射性物质（如镅 - 241），它会持续释放 α 射线。当烟雾进入报警器时，射线被烟雾颗粒阻挡，导致电流变化，从而触发警报。放射性物质无论是单质还是化合物，都能稳定释放射线，这种现象表明原子核具有复杂的内部结构
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
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}粒子种类
发现者
实验
粒子电性
粒子质量
质子
卢瑟福
α粒子轰击氮核
正电
与氢原子的质量相近
中子
查德威克
α粒子轰击铍核
不带电
与质子的质量相近
核子
中子和质子统称为核子
中子与质子的质量几乎相等。
原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，我们把这个倍数叫做原子核的质量数，原子核的质量数就是核内的核子数。

其中X为元素的符号，A表示原子核的质量数，Z表示电荷量数，即质子数
A-Z表示原子核包含的中子数。
原子核常用表示符号
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？
原子核衰变的本质
①α衰变：原子核放出α粒子变成新的原子核。
②β衰变：原子核放出β粒子变成新的原子核。
本质：
本质：
③γ衰变伴随α衰变和β衰变
本质：发生衰变时，原子核受激发而产生的光子（能量）辐射。
提出问题：衰变说明原子核里有α粒子和电子吗？
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。
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
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。
核力的特点
核力的定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
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
关于弱相互作用的研究成果对我们的生活有着多方面的重要影响，在能源领域，有助于优化核反应堆设计，提高核能利用效率与安全性，还可能为中微子能源开发提供可能；医疗领域中，让放射性治疗与诊断更精准，也为药物研发提供了新靶点和候选物，助力开发更有效、副作用小的药物；材料科学领域，能帮助研发具有特殊性能的新材料，如基于对分子间弱相互作用的研究开发出的新型功能材料；此外，在理解宇宙演化方面也有重要意义，如对中微子相关弱相互作用的研究，为解释宇宙中物质与反物质不对称性等提供了线索
四、结合能
1.结合能定义：
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。
核子结合成原子核时会放出一定的能量，我们把这个能量叫作原子核的结合能
2.结合能大小：
组成原子核的核子数越多，结合能越大。
（1）物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系。
质能方程 E=mc2
（2）任何质量为m的物体都具有大小相当于mc2的能量。
（3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。
问题：如何求解原子核的结合能？
ΔE = Δmc2
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
→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
质量亏损的原因如下：
问题：如果结合能越大说明把原子核分开，所需要的能量就越大，那是不是结合能越大就意味着原子核越稳定呢？
原子核越大
→核子个数越多
→但不能说明它稳定
→结合能越大
结合能
核子数
比结合能 =
物理意义：反映一个原子核内核子相互结合的紧密程度，比结合能越大，原子核越稳定。
原子核的结合能与核子数之比称做比结合能，也叫平均结合能。
1.在以下核反应方程??He + ??Be → X + ??n中，X指的是（ ）
A. ???C
B. ???C
C. ???N
D. ???O
A
2.关于结合能与比结合能，下列说法正确的是（ ）
A. 结合能越大，原子核越稳定
B. 比结合能是原子核总结合能与质子的比值
C. 比结合能越大，核子结合越紧密
D. 重核的比结合能一定大于轻核
C
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