2020-2021学年高二下学期物理人教版(2019)选择性必修第三册课件：5.3核力与结合能11 张PPT

3　核力与结合能
1.了解四种基本相互作用,知道核力的特点。
2.理解结合能和比结合能的概念。
3.知道质量亏损,理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算。
2.核力及核力的特点
(1)核力:原子核中的②　核子????之间存在一种③　很强????的相互作用,即存在一种
核力,它使得核子紧密地④　结合????在一起,形成稳定的原子核。这种作用称为强
相互作用。
1.四种基本相互作用
1 | 核力与四种基本相互作用
更短
(2)核力的特点:距离增大时,强相互作用急剧⑤　减小????,它的作用范围只有约
10-15 m,即原子核的大小,超过这个界限,这种相互作用实际上已经不存在了,它是
⑥????短程????力。
1.结合能
原子核是核子凭借⑦　核力????结合在一起构成的,要把它们分开,也需要⑧　能量
????,这就是原子核的结合能。这个能量也是核子结合成原子核而⑨　释放????的能
量。组成原子核的核子越多,它的结合能越⑩　大????。
2.比结合能
原子核的?　结合能????与?　核子数????之比,叫作比结合能,也叫作平均结合能。
比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越?　稳定????。
2 | 结合能
1.爱因斯坦质能方程:?????E=mc2????。
2.质量亏损
原子核的质量?　小于????组成它的核子的质量之和,这个现象叫作质量亏损。质
量亏损表明,的确存在着原子核的?　结合能????。
3.比结合能的特点
(1)不同原子核的?　比结合能????是不一样的。
(2)?　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。
3 | 质量亏损
1.原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。?(?????　)
提示:原子核中粒子所受的万有引力远小于电磁力,不可能达到平衡。
2.核力是强相互作用,在任何情况下都比库仑力大。?????(?????　)
提示:核子间距离超过10-15 m,核力消失。
3.原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的。?(?????　)
提示:原子核内的质子是靠核力来抗衡库仑斥力的。
4.弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。?(　√　)
5.质能方程E=mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。?(　√　)
提示:质能方程E=mc2表明了一定质量与一定能量相对应。
判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ?” 。
6.原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。?(?????　)
提示:原子核的结合能就是核子结合成原子核时释放的能量。
7.组成原子核的核子越多,它的结合能就越大。?(　√　)
8.结合能越大,核子结合得越牢固,原子核越稳定。?(?????　)
提示:比结合能越大,原子核越稳定。
9.比结合能越大,原子核越稳定。?(　√　)
| 结合能和质量亏损
情境????原子核的核子之间存在着巨大的核力,使小小的原子核蕴藏巨大的能量。
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。
当核反应发生时,要吸收或放出大量的能量。在有质量亏损的核反应当中,放出能
量。进入20世纪以后,核能已成为能源家族中重要的一员。
问题
1.是不是从任何一种核反应中都能获得能量?
提示:不是。有的核反应需要吸收能量。
2.有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种认识对不对?
提示:不对。在核反应中质量数守恒即核子的个数不变,只是核子组成原子核时,仿
佛变“轻”了一些,原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,即发生了质量亏
损。
3.核反应过程发生了质量亏损,同时释放出核能,能说这部分质量转变为能量了吗?
提示:不能。质量亏损并不是这部分质量转变为能量。
比结合能与原子核稳定的关系
(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度,比结合能越大,原子核中核子结合
得越牢固,原子核越稳定。
(2)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,就可能释放核能。
例如,一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核,或者两个核子数很小
的轻核结合成一个核子数大一些的核,都能释放出巨大的核能。
质量亏损与质能方程
(1)质量亏损,并不是质量消失。
(2)质能方程E=mc2说明一定的质量总是跟一定的能量相联系的。质能方程揭示了
质量和能量的不可分割性,建立了这两个属性在数值上的关系,但不等于这两个量
可以相互转化。
(3)根据质能方程,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ΔE=Δmc2。
计算核能的方法
(1)根据质量亏损计算核能
先计算质量亏损Δm:根据核反应方程,计算核反应前后的质量亏损Δm。
再计算核能ΔE:若Δm的单位是千克,则应用ΔE=Δmc2计算核能,ΔE的单位是焦耳;若
Δm的单位是u,则应用ΔE=Δm×931.5 MeV计算核能,ΔE的单位是MeV。
(2)根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,利
用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。
(3)利用比结合能来计算核能
原子核的结合能=原子核的比结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核
的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或
吸收)的核能。