(共17张PPT)
第四章
第1节 核力与核能
一.核力与核的稳定性
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。
提出问题
质子间存在着巨大的库仑力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？
万有引力？
评估：质子相互距离
r
的数量级为
10-15
m；质子质量
m
的数量级为
10-27
kg，质子电量e的数量级为
10-19
C；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。估算库仑力与万有引力之比。
核力
核力是一种短程力
作用范围仅限于2×
10－15
m
之内
每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用
核力是一种强相互作用力
自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。
质子数
中子数
理想的质子数和中子数相等的稳定原子核
实际存在的原子核
二、原子核中质子与中子的比例
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化。
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。
三、结合能
例如
平均结合能：结合能与质量数之比。
平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
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？
讨论与交流
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
核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，这两者的差额叫做质量亏损。
式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量
四、质量亏损
E=mc2
爱因斯坦质能方程
核子在结合成原子核时出现质量亏损，正表明它们在互相结合过程中放出了能量。大小为：
ΔE=Δm·c2
核能
质量亏损
方法：
计算结合能时，先计算质量亏损Δm，再代入质能方程求出结合能。
已知中子的质量
mn
=
1.6749×10－27
Kg，
质子的质量
mp
=
1.6726×10－27
Kg
，
氘核的质量
mD
=
3.3436×10－27
Kg
，求氘核的结合能。
Δm
=
0.0039×10－27
Kg
质量亏损:
典例探究
释放能量:
ΔE
=
Δmc2
=
3.51×10-13
J
=
2.19
MeV
平均结合能为：
讨论与交流
判断下面说法是否正确，并说明理由。
1.
由质能方程E=mc2，可推得ΔE=
Δ
mc2，这说明质量就是能量，质量可以转化为能量。
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。
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。决不是这两个量相互转化。
2.
关系式ΔE=
Δ
mc2中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。
质量包括静止质量和运动质量两部分组成。
ΔE=
Δ
mc2中Δ
m可以理解为静止质量的亏损，也可以理解为释放的能量ΔE
对应的运动质量增加。
因此质量亏损不能简单地认为质量减少，质量亏损的本质是静止质量的亏损转化为运动质量，是质量守恒在核反应中的客观体现。
讨论与交流
判断下面说法是否正确，并说明理由。
1.
核子结合成原子核，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)，可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了”一些。
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。
有关问题的理解和注意事项
4.
国际单位：?m
用“kg”，c
用“m/s”，
?E
用“J”
常用单位:
?m
用“u”(原子质量单位)
1
u
=
1.660566×10-27
kg
1
eV
=
1.6022×10-19
J
1
u
=
931
MeV(表示
1
u
的质量变化相当于
931
MeV的能量改变)
5.
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。
有关问题的理解和注意事项
课堂总结
1.
核子之间的强相互作用力叫核力。主要特点是：短程力，强相互作用（强力）。
2.
当原子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时要释放出同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。
3.
结合能与核子数之比称为平均结合能，平均结合能越大，表示原子核结合的越牢固，原子核越稳定。
4.
求解原子核的结合能的公式：ΔE
=
Δmc2。
作业
复习本节
完成
P65
4，5
预习第二节
思考
怎样计算重核裂变释放的能量？
怎样控制重核裂变反应堆？(共13张PPT)
选修3-5：
4-2
核裂变
核反应
电子
原子核
在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．
研究表明：原子核的质量虽然随着原子序数的增大而增大，但是二者之间并不成正比关系，其核子的平均质量与原子序数有如图的关系：
核子的平均质量是：
原子核的质量
核子数
核子平均质量
核子的平均质量与原子序数之间的关系
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变．把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做聚变．
一、重核裂变
1939年12月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：
+
→
+
+
重核裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：
释放出的能量为
铀核的裂变
U235和U238的不同点
U235俘获慢中子裂变
U238俘获快中子变U239
U235
U238
1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量．
用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应．
二、链式反应
由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．
裂变物质体积够大，纯度够高，才能形成链式反应
使裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临界质量。
解决能源危机根本途径——核能
可开发的核裂变燃料资源可使用上千年。
核聚变资源可使用几亿年。
可控的核反应
三、裂变反应堆
水泥防护层
控制棒——镉棒
燃料棒—铀棒
减速剂
链式反应的应用——
核电站慢中子反应堆
核反应堆的结构和基本原理
石墨堆、重水堆、轻水堆
压水堆（秦山二期、大亚湾二期）
沸水堆（压力小、安全性高、体积大。秦山三期）
