核力与结合能公开课PPT学习教案

1、会计学1核力与结合能公开课核力与结合能公开课第四节第四节 核力与结合能核力与结合能目标：目标：1、知道核力的概念及其性质。、知道核力的概念及其性质。2、认识原子核的结合能、认识原子核的结合能3、了解平均结合能。、了解平均结合能。4、会利用质能方程求解结合能。、会利用质能方程求解结合能。第1页/共26页原子核是由质子和中子原子核是由质子和中子组成组成的，质子和中子统称为的，质子和中子统称为核子核子第四节第四节 核力与结合能核力与结合能提出问题：提出问题：质子间存在着巨大的库伦斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？质子间存在着巨大的库伦斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧

2、的结合在一起呢？猜想：猜想：万有引力？万有引力？m1410第2页/共26页一一 核力及其性质核力及其性质质子相互间距质子相互间距r的数量级为的数量级为10-15m；质子质量；质子质量m的数量级的数量级为为10-27kg，质子电量，质子电量e的数量级为的数量级为10-19C；万有引力常；万有引力常量量G的数量级为的数量级为10-11，静电力常量静电力常量k的数量级为的数量级为109。估算估算库仑力与万有引力之比？库仑力与万有引力之比？万库FF解：解：3610结论：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是不可能的。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是不可能的。

3、再猜想：再猜想：在核子之间一定存在着第三种力，使核子能紧密的结合在一起。在核子之间一定存在着第三种力，使核子能紧密的结合在一起。核力。核力。227112199222222)10(1010(10/）GmkerGmrke第3页/共26页一一 核力及其性质核力及其性质核力：核力：相邻的核子之间存在的强相互作用力。相邻的核子之间存在的强相互作用力。2、核力的性质、核力的性质（1）核力是强相互作用力；）核力是强相互作用力；在原子核尺度内，在原子核尺度内， 核力比库仑力大得多。核力比库仑力大得多。（2）核力是短程力，只存在于相邻核子之间。）核力是短程力，只存在于相邻核子之间。 （距离大于（距离大于210-

4、15m时核力迅速减小到零时核力迅速减小到零)1、概念：、概念：第4页/共26页二二 结合能结合能要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量。要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量。根据功能关系，理由是什么？根据功能关系，理由是什么？第5页/共26页二二 结合能结合能nHH101121HnH211011当光子能量等于或当光子能量等于或大于大于2.22MeV时，时，这个反应才会发生这个反应才会发生 一个质子和一个中子一个质子和一个中子结合成氘核，要放出结合成氘核，要放出2.22MeV的能量的能量 结合能：结合能：将原子核拆散成单个核子需要吸收的将原子核拆散成单个核子需要吸收的能量或

5、是将核子结合成原子核所放出的能量能量或是将核子结合成原子核所放出的能量第6页/共26页如何求解原子核的结合能？如何求解原子核的结合能？HHn211110反应前质量反应前质量/kg反应后质量反应后质量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1.67261027总质量总质量总质量总质量3.343610273.3475 1027在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子独自存在时的总质量，这两者的差额叫做独自存在时的总质量，这两者的差额叫做质量亏损质量亏损 原子核的结合能会不会与质量原子核的结合能会不会与质量 亏损有关呢？你的

6、依据是什么？亏损有关呢？你的依据是什么？ 三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2第7页/共26页 (1) 物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系.对质能方程理解对质能方程理解E=mc2的理解的理解三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2（2）任何质量为）任何质量为m的物体都具有大小相当于的物体都具有大小相当于mc2的能量。任何一部分能量也都与一定的质量向对应。的能量。任何一部分能量也都与一定的质量向对应。（3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。第8页/共26页HnH211011232

7、232221)(1cmmmEEcmcmcmm1m2m3根据质能方程根据质能方程E=mc2和能量守恒定律，推导出和能量守恒定律，推导出光子的能量光子的能量( (即氘核的结合能）即氘核的结合能）并总结出求结合能的方法。并总结出求结合能的方法。2mcE计算结合能时，先计算质量亏损计算结合能时，先计算质量亏损m m，在带入质能方程求出结合能，在带入质能方程求出结合能三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2E E第9页/共26页三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2HHn211110反应前质量反应前质量/kg反应后质量反应后质量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1

8、.67261027总质量总质量总质量总质量3.343610273.3475 1027理论值：理论值：m=(mn+mp-m氘）=0.0039 1027kg28 272)10 (3.010 0.0039=mc =EJ131051. 3试验值：试验值：MevMev19. 210106 . 11051. 3619132.22Mev第10页/共26页2mcE计算结合能时，先计算质量亏损计算结合能时，先计算质量亏损m m，在带入质能方程求出结合能，在带入质能方程求出结合能计算任意核反应中释放的核能，先计算质量亏损计算任意核反应中释放的核能，先计算质量亏损m m，在带入质能方程求出核能。，在带入质能方程求出

9、核能。核能核能质量亏损质量亏损三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2第11页/共26页【讨论与交流讨论与交流】三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 21、质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对、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。象不同，相互之间不能转化。下面说法是否正确。并说明理由。下面说法是否正确。并说明理由。（1）由质能方程）由质能方程E=mc2，可推得，可推得E=mc2,这说明质量这说明质量就是能量，质量可以转化为能量。就是能量，质量可以转化为能量。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。决不是

10、这两个量相互转化。、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）关系式E=mc2中的质量亏损表明在核反应时中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。质量不守恒。第12页/共26页三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2【讨论与交流讨论与交流】下面说法是否正确。并说明理由。下面说法是否正确。并说明理由。（2）关系式）关系式E=mc2中的质量亏损表明在核反应时中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。质量不守恒。1、质量包括静止质量和运动质量两部分组成、质量包括静止质量和运动质量两部分组成2、 E=mc2中中m可以理解为静止质量的亏

11、损，可以理解为静止质量的亏损， 也可以理解为释放的能量也可以理解为释放的能量E对应的运动质量增加对应的运动质量增加3、因此质量亏损不能简单地认为质量减少，质量亏损、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在核反应中的客观体现HnH211011m1m2m3E E第13页/共26页【思考思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？：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？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？四四 平均结合能平均结合能如

12、何才能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？U-235Li-6第14页/共26页四四 平均结合能平均结合能1）概念：）概念：原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比2）理解：）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，外界必须提供给每个核子的平均能量。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，外界必须提供给每个核子的平均能量。 2、平均结合能：、平均结合能：结合能结合能核子数核子数=3）意义：）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。它反映了一个原子核稳定程度。平

13、均结合能越大，核越稳定。第15页/共26页第16页/共26页四四 平均结合能平均结合能1）概念：）概念：原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比3）意义：）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。越大，核越稳定。4）规律：）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性稳定性较差较差;中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。 2）理解：）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放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

14、核拆散成每个核子时，外界的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。必须提供给每个核子的平均能量。 2、平均结合能：、平均结合能：结合能结合能核子数核子数=第17页/共26页 目标检测目标检测1、一下关于核力的说法正确的是、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、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、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、核力与万有引力性质相同D、核力是一种短程的强作用力、核力是一种短程的强作用力B、D考查点：核力的性质考查点：核力的性质第18页/共26页 目标检测目标检测2、联合国将、联合

15、国将2005年定为年定为“国际物理年国际物理年”，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，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（，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表明物体具有的能量与其质量成正比B、 E=mc2中的中的E表示发生核反应过程中释放的核能表示发生核反应过程中释放的核能C、 根据根据E= mc2 可以计算核反应中释放的核能可以计算核反应中释放的核能D、 E= mc2 表示发生的质量亏损表示发生的质量亏损 m转变成为能量转变成为能量 E释放出来释放出来A、C第19页/共26

16、页3、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、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，氚核的质量为m2，氦核的质量为，氦核的质量为m3,中子的质量为中子的质量为m4,则反应过程中释放的能量为：则反应过程中释放的能量为： （ ） 目标检测目标检测2321)(cmmm2421)(cmmm24321)(cmmmm22143)(cmmmmA、C、D、B、CnHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH1042

17、2121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10423121核反应方程为：核反应方程为：2mcE第20页/共26页 目标检测（拓展）目标检测（拓展）4、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m m1 1、m m2 2、m m3 3，普朗克常数为，普朗克常数为h h，真空中的光速为，真空中的光速为c c，下列说法正确的是，下列说法正确的是（ ）A A、核反

18、应方程是、核反应方程是HnH3110112321)(cmmmhD、 光子的波长光子的波长C、辐射出的、辐射出的光子的能量光子的能量 E=（m3-m1-m2)c2B、聚变反应中的质量亏损、聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3B第21页/共26页 小结小结1、核子之间的强相互作用力叫、核子之间的强相互作用力叫_。主要特点是。主要特点是_,_.2、当核子结合成原子核时要、当核子结合成原子核时要_ (“吸收吸收”或或“放出放出”)一定的能量，原子核分解成核子时，要一定的能量，原子核分解成核子时，要_ (“吸收吸收”或或“放出放出”)同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。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、结合能与核子数之比称_,平均结合能平均结合能_ (“越大越大”“”“越小越小”)表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4、求解原子核的结合能的方法是：、求解原子核的结合能的方法是：核力核力短程力短程力强相互作用（强力）强相互作用（强力）吸收吸收放出放出平均结合能平均结合能越大越大2mcE第22页/共26页 根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程E=mc2，物质内贮藏着巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来，供人类所使用，迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式