5.3核力与结合能课件高二下学期物理人教版选择性

第3节

核力与结合能新教材人教版物理（高中选择性必修第三册）第五章

原子核课堂引入问题与思考：原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？F库中子

质子质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；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的之比？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。第三种力——核力是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。一、核力与四种基本相互作用1.核力（强相互作用）：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。特点：（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。2.四种基本相互作用（1）核力是短程力。约在10-15m数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力,距离为1.5×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起。（2）核力与电荷无关。（核力与核子电荷无关）（3）核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。二、结合能（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子和原子核结合成分子，使分子结合成液体与固体。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，当然距离越远，力就越小。（3）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β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10－18m，作用强度则比电磁力小。一、核力与四种基本相互作用要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、让氢原子吸收光子等途径使它得到相应的能量。微观相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能。最后撞在一起，一部分动能变成热并散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价——失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们能量。宏观二、结合能1.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。组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。2.结合能大小的因素：

把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量相等。分开氦原子核核子结合成氦原子核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。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？思考与讨论：不同原子核的比结合能是不一样的，右图是按照实际测量结果画的图线。可以看出，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不同原子核的比结合能图像：二、结合能3.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。①注意：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，外界提供给每个核子的平均能量。比结合能结合能核子数=②意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。比结合能越大，原子核能量越小！

原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）铁（Fe）原子的比结合能最大铁（Fe）原子比较稳定比结合能最高的是镍-28。只不过镍-28最终也会衰变成铁元素，所以我们会习惯性地认为铁元素的比结合能最高。二、结合能比结合能核子的平均结合能随质量数的变化z思考与讨论：较轻的核D与E聚合成中等大小的核F的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？<放出反应物的结合能：生成物的结合能：=二、结合能原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）比结合能核子的平均结合能随质量数的变化z

较重的核A分裂成中等大小的核B与C的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？较轻的核D与E聚合成中等大小的核F的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？<<放出放出二、结合能思考与讨论：原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）三、质量亏损1.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。2.爱因斯坦已经给我们指出了物体的能量与它的质量的关系，即：E＝mc23.质能方程ΔE=mc2常用单位:

（1）m用“u(原子质量单位)”：1u=1.660566×10-27kg

（2）ΔE用“uc2”：1uc2=931.5MeV（931.5兆电子伏）

(表示1u的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)思考讨论：已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，但其结合成的氘核的质量却是mD=3.3436×10-27kg。自由核子结合成原子核的过程中质量如何变化？mn+mp>mD质量亏损质量亏损是否违背质量守恒定律？计算书本P117例题！质能方程的本质：①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质的质量和能量等同起来；②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量