_沪科教 课标版_选修3-5_5.1核能来自何方 课件21张PPT

第5章 核能与社会
5.1核能来自何方
1.理解核力及核力的特点(重点）
2.理解结合能和平均结合能的概念及物理意义（难点）
3.会用公式计算结合能。（重点）
原子核很小，结构却十分复杂，除氢核外，其他各种元素的原子核中既有带正电的质子，又有不带电的中子。
1.质子间的静电斥力为什么没有把它们驱散开？
2.中子不带电，又是靠什么力聚集在一起?
3.这么多的核子挤在半径小于10-14m的核内，为什么能形成稳定的结构呢？
一、强大的核力
1.组成原子核的核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。
2.核力的特点
②核力是短程力。作用距离只有10-15m的数量级。
③核力具有电荷无关性。存在于质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间。
①核力是强相互作用（强力）。在研究核的稳定性等问题时，核力起着决定性的作用。
正是核子间存在着这么强大的核力，才使小小的原子核蕴藏着巨大的能量。
二、什么叫结合能
由于核子间的强大的核力，要把原子核拆散成核子，必须克服核力做巨大的功，即需要提供巨大的能量。反过来，核子结合成原子核时，由于核力做功，会放出同样多的能量。
在物理学上，把核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，都叫做原子核的结合能。
用光照射氘核，只有当光子的能量等于或大于2.2MeV时，才能使它分解为质子和中子。
反之，使一个质子和中子结合成氘核，会放出2.2MeV的能量。
所以，氘核的结合能为2.2MeV.
原子核的结合能很难直接测量，那如何确定原子核的结合能呢？
1.爱因斯坦的质能方程指出，物体的质量跟它的能量有一定的联系：如果物体的质量增加（或减少）了Δm，物体的能量相应会增加（或减少）ΔE，即
三、如何计算结合能
2.把组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。
核子组成原子核时所亏损的这部分质量，实际上体现为辐射能量的形式。
显然，只要知道了核反应中的质量变化，利用质能方程很容易算出所释放或吸收的能量。
实验发现，核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子的质量之和。
【对点训练】
中子的质量 =1.6749×10－27Kg
质子的质量 = 1.6726×10－27Kg
氘核的质量 = 3.3436×10－27Kg
中子和质子的质量和 = 3.3475×10－27Kg
质量差△m = 0.0039×10－27Kg
质量亏损:
1.请计算一下方程左右的质量变化
2.请计算核反应释放的能量
△m= 0.0039×10－27Kg
质量亏损:
△E= △mc2
= 0.0039×10-27×(3×108) 2J
= 3.51×10-13 J
又1eV= 1.60×10-19 J
△E = 2.2×106 eV= 2.2 MeV

原子核越大，它的结合能就越高，那是不是也就意味着原子核越稳定呢？
思考
核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做平均结合能，它等于核的结合能跟核子数的比值。
平均结合能的大小能够反映原子核的稳定程度。平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定。
四、平均结合能与核的稳定性
核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都很小。中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定。
原子核的平均结合能曲线
当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时，就会释放能量。
平均结合能启示人们，利用核能有两种可能的方式：一种是利用重核裂变；另一种是利用轻核聚变。
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),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些。
五、有关问题的理解和注意事项
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。
3.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级。
如教材例题中，2.2MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量。如果组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了。与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J。折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV。若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍。
核力
结合能与平均结合能
核能来自何方
短程力
电荷无关性
强相互作用
平均结合能越大，原子核越稳定。
1．关于核力的说法正确的是(　　)
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用距离只有10－15m的数量级
D．核力与电荷有关
C
2.“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊质量单位，符号为u。已知1u=1.6606×10-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J。证明：1u相当于931.50 MeV的能量。
3.(2015·江苏高考)取质子的质量mp=1.672 6×
10-27kg,中子的质量mn=1.674 9×10-27kg,α粒子的质量mα=6.646 7×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)
【解析】α粒子由两个质子和两个中子组成,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可求：
ΔE=(2mp+2mn-mα)c2=4.3×10-12J。
答案：4.3×10-12J
一堆沙子是松散的，可是它和水泥、石子、水混合后，比花岗岩还坚韧。
——革命烈士王杰