高中物理第一节核力与核能.ppt

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1、第一节第一节核力与核能核力与核能原子核的组成原子核的组成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，质子和中子统的，质子和中子统称为称为核子核子电荷数电荷数=质子数质子数相对质量（质量数）相对质量（质量数）=质子数质子数+中子数中子数=核子数核子数 原原子子核核的的半半径径约约为为10-15m,只只相相当当原原子子半半径径的的万万分分之之一一。在在这这么么小小的的空空间间里里带带正正电电的的质质子子与与质质子子间间的的库库仑仑斥斥力力是是很很大大，万万有有引引力力太太小小，只只有有库库仑仑力力的的10-36倍倍。而而通通常常原原子子核核是是稳稳定定的的,于于是是核核内内还还应应有有另另

2、一一种种力力把把各各种种核核子子紧紧紧紧拉在一起拉在一起,此力称为核力。此力称为核力。核力核力mpmp库仑力库仑力库仑力库仑力万有万有引力引力万有万有引力引力核力核力 核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核？核力：核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力核力的特点：核力的特点：一、核力：一、核力：2.核核力力是是短短程程力力。约约在在 10-15m量量级级时时起起作作用用，距距离离大大于于10-15m时时为为引引力力,距距离离为为1010-15m时时核核力力几几乎乎消消失失，距离距离小于小于10-15m时为斥力时为斥力。3.核核力力具具

3、有有饱饱和和性性。核核子子只只对对相相邻邻的的少少数数核核子子产产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。4.核力具有电荷无关性核力具有电荷无关性。1.核核力力是是四四种种相相互互作作用用中中的的强强相相互互作作用用（强强力力）的的一一种种表表现现。（四四种种相相互互作作用用力力分分别别是是引引力力、电电磁磁力力、弱弱力、强力。）力、强力。）核素图与核的稳定性核素图与核的稳定性自然界中较轻的原子自然界中较轻的原子核，质子数与中子数核，质子数与中子数大致相等，但对于较大致相等，但对于较重的原子核，中子数重的原子核，中子数大于质子数，越重的大于质子数

4、，越重的元素，两者相差越多。元素，两者相差越多。为什么会这样呢？为什么会这样呢？核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他中子与其他核子没有库仑斥力，但有相

5、互吸引的核力，有助于维系原子核核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。数多。由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那

6、些不稳定的组合很快就瓦解了，只有但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。正在瓦解之中。由于核子间存在着强大的核力，所以核子由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合结合成原子核或原子核成原子核或原子核分解分解为核子时，都伴随着巨大的为核子时，都伴随着巨大的能量变化能量变化 可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；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原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量能量叫做原子核的结合

7、能叫做原子核的结合能二、结合能二、结合能平均结合能平均结合能：结合能与核子数之比，称做为：结合能与核子数之比，称做为平均结合能。平均结合能。平均结合能越大，表示原子核中核子结合得平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。越牢固，原子核越稳定。一、核力与核能结合能与平均结合能原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量。平均结合能：是指核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，也是把原子核重新分解成自由核子时每个核子平均吸收的能量。平均结合能越大，原子核越难分离。特点：特点：1、重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能小、重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能小，重核裂变成中

8、等质量的核会放出能量。重核裂变成中等质量的核会放出能量。2、轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能小，、轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能小，轻核聚集成较重的核会放出能量。轻核聚集成较重的核会放出能量。一、核力与核能质能方程与质量亏损Emc2E mc2实验发现，任何一个原子核的质量总是小球组成它的所有核子的质量之和，这一差值叫做质量亏损。核子平均质量核子平均质量核子的平均质量与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系DEFZBCAFeFe三、质量亏损三、质量亏损1、例题：、例题：中子的质量中子的质量 =1.674910=1.6749102727Kg Kg 质子的质量质子的质量

9、=1.67261027Kg 中子和质子的质量和中子和质子的质量和 =3.34751027Kg 氘核的质量氘核的质量 =3.34361027Kg 质量差质量差 =0.00391027Kg 2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E=mc2 式中式中c是真空中的光速，是真空中的光速，m是物体的质是物体的质量，量，E是物体的能量。是物体的能量。核子核子在在

10、结合成原子核结合成原子核时出时出现的现的质量亏损质量亏损 mm，正表，正表明它们在互相结合过程中明它们在互相结合过程中放出了能量放出了能量 E=E=mmc c2 23、有关问题的理解和注意事项、有关问题的理解和注意事项第一第一.核反应过程中核反应过程中:核子结合成原子核时核子结合成原子核时,新核质量新核质量小于小于核子的质核子的质量量(质量亏损质量亏损),同时以同时以 光子形式光子形式释放核能释放核能;原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要需要吸收一定能量吸收一定能量,核子核子的总质量的总质量大于大于原原子核的质量原原子核的质量.第二第二.核反应过程中核反应过程中,质量亏损时质量亏损时,核

11、子个数不亏损核子个数不亏损(即质即质量数守恒量数守恒),可理解为组成原子核后可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛核内每个核子仿佛“瘦了瘦了”一些一些.第三第三.质量亏损并非质量消失质量亏损并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以能以能量形式辐射量形式辐射(动质量动质量),因此因此质量守恒定律不被破坏质量守恒定律不被破坏.第四第四.公式公式 E=E=mmc c2 2的单位问题的单位问题国际单位国际单位:m用用“kg”C用用“m/s”E E用用“J J”常用单位常用单位:m用用“u(原子质量单位原子质量单位)”10-27kg E E用用“ucuc2 2”1uc1uc2 2=931.56M

12、eV =931.56MeV (表示表示1u 1u 的质量变化相当于的质量变化相当于931.56Me V931.56Me V的能量改变的能量改变)第五第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或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吸收的能量大好几个数量级.2、一个氢原子质量是、一个氢原子质量是 ，一个锂原子，一个锂原子的质量是的质量是 ，一个氦原子的质量是，一个氦原子的质量是 ，则当一个锂核受到一个质子的，则当一个锂核受到一个质子的轰击，变成两个氦核时所释放的能量是多少？轰击，变成两个氦核时所释放的能量是多少？10-27kg10-27kg10-27kg有人说，当

13、核子组成原子核时，有质量亏损，放出结有人说，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能是质量变成了能量，说法是否正确？合能是质量变成了能量，说法是否正确？按爱因斯坦相对论，物体的质量与速度有关，速度越按爱因斯坦相对论，物体的质量与速度有关，速度越大，物体的质量越大，当物体的速度小于光速时，运大，物体的质量越大，当物体的速度小于光速时，运动质量和静止质量差别不大，前面质子、中子、原子动质量和静止质量差别不大，前面质子、中子、原子核的质量均为静止质量，质量亏损是静止质量发生了核的质量均为静止质量，质量亏损是静止质量发生了变化，能量以光子形式辐射出去，光子无静止质量。变化，能量以光子形式辐射出去，光子无静止质量。光子运动质量为：光子能量光子运动质量为：光子能量/c2。实际上减少的质量。实际上减少的质量=光子运动质量。反应前后总质量守恒，并非质量转化光子运动质量。反应前后总质量守恒，并非质量转化为能量。为能量。除核力外原子核内还存在除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）弱相互作用（弱力）弱力是引起弱力是引起中子质子中子质子转变的原因转变的原因弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为1018m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。