核力和结合能

核力和结合能第1页/共23页

mpmp库仑力库仑力万有引力问题2：核子靠什么力结合成原子核？问题1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者的数量级相差多少倍?k=9×109Nm2/c2G=6.7×10-11Nm2/kg2

万有引力太小，只有库仑力的10-36第2页/共23页核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强相互作用力叫做核力．问题3.核力具有怎样的特点呢？核力：中子质子原子核示意图第3页/共23页定义·能够把原子核中的各种核子联系在一起的强大的力，叫做核力。2.核力是短程力。约在10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力；距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起；距离在10×10-15m以上时，核力几乎消失。1.核力是四种相互作用中的强相互作用的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。3.核力具有饱和性，即每个核子只跟相邻的核子发生核力作用。

特点4.核力与电荷无关，它存在于质子与质子间，中子与中子间，质子与中子间。核力：第4页/共23页1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“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。四种相互作用3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，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1018m，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，距离越远，力就越小。第5页/共23页核力与四种基本相互作用典例探究例1：从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和不同之处（1）它们分别涉及四种基本相互作用的哪一种？（2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？第6页/共23页1、自然界中稳定核的质子数和中子数有何特点？这个现象如何解释？2、若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？阅读与思考80-81页3、结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？4、结合能的大小与核子数有关吗？5、什么是比结合能？为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？第7页/共23页6、物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了△m，那么它的能量减小多少？7、将一个质子和一个中子结合成一个氘核，释放出能量，是否违反了能量守恒定律？为什么？8、将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？9、什么是质量亏损？质量亏损表明什么？10、若要释放结合能，我们可以怎么做？阅读与思考81-82页第8页/共23页二、重核与轻核排在元素周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核；排在比较靠前的叫轻核。排在83号铋之后的原子核都不稳定，它们自动分解或衰变成更轻的原子核；排在92号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在。第9页/共23页

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．三、结合能

г光子具有的能量，是核反应中释放或吸收的能量г能量第10页/共23页2、比结合能

（平均结合能）：原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能。

说明：比结合能越大，核越稳定。1、原子核的结合能

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。第11页/共23页

释放结合能的方法利用轻核——聚合成中等质量的核利用重核——分裂成中等质量的核第12页/共23页典例探究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例2：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（）第13页/共23页典例探究例3：碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。1u=1.6605655×10-27kg试证明：1u相当于931MeV。第14页/共23页四、质量亏损1.例题：一个中子和一个质子结合成氘核，需要多少能量？写出核反应方程已知：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光速C=3.00×108m/s∆E=∆mc2=3.51×10-13J第15页/共23页1.质量亏损：原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。2.爱因斯坦质能方程E=mc2c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。第16页/共23页

公式ΔE=Δm·c2

的单位问题国际单位:m用“kg”C用“m/s”

ΔE用“J”常用单位:

m用“u(原子质量单位)”1u=1.6605655×10-27kg

ΔE用“MeV”1uc2=931.5MeV

(表示1u的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)第17页/共23页2、例题：一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH=1.0073u，中子质量mn=1.0087u，氚核质量m=3.0180u。(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？第18页/共23页解：(1)聚变方程(2)质量亏损△m=mH+2mn-m△m=(1.0073+2×1.0087-3.0180)u=0.0067u释放的核能△E=△mc2=0.0067uc2

△E

=0.0067×931.5MeV△E≈6.24MeV(3)平均每个核子放出的能量为2.08Mev第19页/共23页

2.1MeV只是组成1个氘核所放出的能量．合成1mol氦放出的能量数量级约为1021J，大约是1015度电．使1摩的碳完全燃烧放出的能量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．放出的能量相比，两者相差数十万倍．

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.

第20页/共23页第21页/共23页3.有关问题的理解和注意事项第一，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,