人教版高中物理选修3-5 19.5 核力与结合能 课件:27张PPT
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| 名称 | 人教版高中物理选修3-5 19.5 核力与结合能 课件:27张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2018-11-14 19:55:37 | ||
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文档简介
课件27张PPT。第十九章 原子核第5节
核力和结合能
学习目标1.了解四种基本相互作用，知道核力的概念及特点。
2.认识原子核的结合能、理解结合能和比结合能的概念。
3.知道质量亏损，并能应用质能方程进行计算。
4.知道稳定原子核中质子与中子的比例的变化规律。
5.能解释轻核和重核内中子数、质子数比例不同的原因。回顾：原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。问题思考：质子间存在着巨大的库仑斥力，为什么质子没有被排斥的四散飞开，反而还紧紧的结合在一起呢？分析论证 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：质子间的电磁力是万有引力的1035倍！！！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力（斥力）是不可能的。一、核力及其特点1.定义：能够把原子核中的核子束缚在一起的强相互作用力的力，叫做核力。特 点（1） 核力是强相互作用（强力）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1.5×10-15m之内，大于0.8×10-15m时为吸引力, 随距离增大而减小，超过1.5×10-15m时核力几乎消失，小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。（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，这种性质称之为核力的饱和性。 （4）核力具有电荷无关性。（见书本P79图）二、四种基本相互作用1.万有引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。3.强相互作用：作用范围在原子核内，强力将核子束缚在一起。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，为10－18m，作用强度则比电磁力小。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小 物理学家一直梦想将自然界的四种相互作用纳入某种统一的理论中，爱因斯坦为此做了大半生的努力，但没有成功。（电弱统一模型）二、原子核中质子和中子的比例 观察思考1：稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数有何特点？原因为何？（1）特点：轻核的质子数和中子数大致相等；
（2）原因分析：对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。二、原子核中质子和中子的比例 观察思考2：稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？原因为何？（1）特点：重核的质子数明显少于中子数。
（2）原因分析：对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力因核子间距的变大而显著减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；但如果只增加中子，由于中子之间只有相互吸引的核力却不存在库仑力，故有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。 不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。 若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？思考与讨论宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价－－失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。 三、结合能与比结合能1.概念：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。 2.组成原子核的核子越多，它的结合能越高。问题提出：结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？三、结合能与比结合能3.比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。（2）理解：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。 （1）意义：比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能（3）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性较差;中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。 三、结合能与比结合能中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。四、质量亏损1.质量亏损：把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。
（1）原子核的质量总是小于组成原子核的核子的质量之和。
（2）原子分解为核子时，质量增加；
（3）核子结合成原子核时，质量减少。典例分析例1：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量亏损失多少？3.3475 ×10－27Δm=(mn+mp-mD)=0.0039 ×10－27kg核能质量亏损五、爱因斯坦的质能方程理解1：质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对象不同，相互之间不能转化。理解2：质能方程揭示了质量与能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，质量亏损对应能量释放。但决不是这两个量相互转化。1.爱因斯坦质能方程：E=mc2能量变化：典例分析例1：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量亏损失多少？3.3475 ×10－27Δm=(mn+mp-mD)=0.0039 ×10－27kg
讨论：释放的能量为多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？
六、对质量亏损和质能方程的理解 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?m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.1.根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。
2.根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于931 .5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。
3.根据核子比结合能来计算核能。
原子核的结合能＝核子比结合能×核子数
说明：利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算。六、核能的计算方法 1.下列说法中，正确的是( )
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D．因为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，系统的总能量和总质量并不守恒B 巩固练习巩固练习2.关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
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 3.一下关于核力的说法正确的是（ ）
A、核力存在于任何核子之间
B、核力只存在于相邻的核子之间
C、核力与万有引力性质相同
D、核力是一种短程的强作用力BD巩固练习4.碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。
试证明1u相当于931.5MeV。证明：碳原子的摩尔质量为M=12g/mol，所以一个碳原子质量为m=M/NA=1.993×10-26kg
所以1u=m/12=M/12NA=1.6606×10-27kg
代入公式E=mc2得：
E=1.4924×10-10J=931.5MeV巩固练习反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和
反应前后质量数不变，因而质量不变
核子结合成核时，一定释放核能
γ光子具有的能量为 , 为核反应中的质量亏损。5.中子和质子结合成氘核，同时释放γ光子，核反应方程是 ,下列说法正确的是（ ） ACD 巩固练习6.联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的是（ )
A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B.E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能
C.根据ΔE= Δ mc2 可以计算核反应中释放的核能
D.Δ E= Δ mc2 表示发生的质量亏损Δ m转变成为能量Δ E释放出来AC巩固练习7.当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，设氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3,中子的质量为m4,则反应过程中释放的能量为 （ ）A、C、D、B、C巩固练习8. （原子量为232.0372u）衰变为 （原子量为228.0287u）时，释放出?粒子（ 的原子量为4.0026u）。（1）写出衰变方程，（2）计算衰变过程中释放的能量。解：衰变方程衰变后的质量亏损释放的能量：思考：若释放出的核能全部转化为新核的动能，则?粒子的动能为多少？巩固练习
核力和结合能
学习目标1.了解四种基本相互作用，知道核力的概念及特点。
2.认识原子核的结合能、理解结合能和比结合能的概念。
3.知道质量亏损，并能应用质能方程进行计算。
4.知道稳定原子核中质子与中子的比例的变化规律。
5.能解释轻核和重核内中子数、质子数比例不同的原因。回顾：原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。问题思考：质子间存在着巨大的库仑斥力，为什么质子没有被排斥的四散飞开，反而还紧紧的结合在一起呢？分析论证 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：质子间的电磁力是万有引力的1035倍！！！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力（斥力）是不可能的。一、核力及其特点1.定义：能够把原子核中的核子束缚在一起的强相互作用力的力，叫做核力。特 点（1） 核力是强相互作用（强力）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1.5×10-15m之内，大于0.8×10-15m时为吸引力, 随距离增大而减小，超过1.5×10-15m时核力几乎消失，小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。（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，这种性质称之为核力的饱和性。 （4）核力具有电荷无关性。（见书本P79图）二、四种基本相互作用1.万有引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。3.强相互作用：作用范围在原子核内，强力将核子束缚在一起。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，为10－18m，作用强度则比电磁力小。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小 物理学家一直梦想将自然界的四种相互作用纳入某种统一的理论中，爱因斯坦为此做了大半生的努力，但没有成功。（电弱统一模型）二、原子核中质子和中子的比例 观察思考1：稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数有何特点？原因为何？（1）特点：轻核的质子数和中子数大致相等；
（2）原因分析：对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。二、原子核中质子和中子的比例 观察思考2：稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？原因为何？（1）特点：重核的质子数明显少于中子数。
（2）原因分析：对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力因核子间距的变大而显著减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；但如果只增加中子，由于中子之间只有相互吸引的核力却不存在库仑力，故有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。 不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。 若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？思考与讨论宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价－－失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。 三、结合能与比结合能1.概念：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。 2.组成原子核的核子越多，它的结合能越高。问题提出：结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？三、结合能与比结合能3.比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。（2）理解：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。 （1）意义：比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能（3）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性较差;中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。 三、结合能与比结合能中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。四、质量亏损1.质量亏损：把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。
（1）原子核的质量总是小于组成原子核的核子的质量之和。
（2）原子分解为核子时，质量增加；
（3）核子结合成原子核时，质量减少。典例分析例1：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量亏损失多少？3.3475 ×10－27Δm=(mn+mp-mD)=0.0039 ×10－27kg核能质量亏损五、爱因斯坦的质能方程理解1：质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对象不同，相互之间不能转化。理解2：质能方程揭示了质量与能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，质量亏损对应能量释放。但决不是这两个量相互转化。1.爱因斯坦质能方程：E=mc2能量变化：典例分析例1：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量亏损失多少？3.3475 ×10－27Δm=(mn+mp-mD)=0.0039 ×10－27kg
讨论：释放的能量为多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？
六、对质量亏损和质能方程的理解 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?m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.1.根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”。
2.根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算。因1原子质量单位(u)相当于931 .5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”。
3.根据核子比结合能来计算核能。
原子核的结合能＝核子比结合能×核子数
说明：利用质能方程计算核能时，不能用质量数代替质量进行计算。六、核能的计算方法 1.下列说法中，正确的是( )
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D．因为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，系统的总能量和总质量并不守恒B 巩固练习巩固练习2.关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
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 3.一下关于核力的说法正确的是（ ）
A、核力存在于任何核子之间
B、核力只存在于相邻的核子之间
C、核力与万有引力性质相同
D、核力是一种短程的强作用力BD巩固练习4.碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。
试证明1u相当于931.5MeV。证明：碳原子的摩尔质量为M=12g/mol，所以一个碳原子质量为m=M/NA=1.993×10-26kg
所以1u=m/12=M/12NA=1.6606×10-27kg
代入公式E=mc2得：
E=1.4924×10-10J=931.5MeV巩固练习反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和
反应前后质量数不变，因而质量不变
核子结合成核时，一定释放核能
γ光子具有的能量为 , 为核反应中的质量亏损。5.中子和质子结合成氘核，同时释放γ光子，核反应方程是 ,下列说法正确的是（ ） ACD 巩固练习6.联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的是（ )
A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B.E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能
C.根据ΔE= Δ mc2 可以计算核反应中释放的核能
D.Δ E= Δ mc2 表示发生的质量亏损Δ m转变成为能量Δ E释放出来AC巩固练习7.当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，设氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3,中子的质量为m4,则反应过程中释放的能量为 （ ）A、C、D、B、C巩固练习8. （原子量为232.0372u）衰变为 （原子量为228.0287u）时，释放出?粒子（ 的原子量为4.0026u）。（1）写出衰变方程，（2）计算衰变过程中释放的能量。解：衰变方程衰变后的质量亏损释放的能量：思考：若释放出的核能全部转化为新核的动能，则?粒子的动能为多少？巩固练习