多彩课堂高中物理 19.5《核力与结合能》课件 新人教选修35.ppt

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1、 第十九章：原子核 第 5 节：核力与结合能2021/8/8 星期日11.1.知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2.2.知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；而减小；3.3.理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4.4.知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。2021/8/8 星期日2 先让学生完成预读课文，将主要知识点大概了解一遍，先让学生完成预读课文，将主

2、要知识点大概了解一遍，然后提出问题由学生自主讨论，达到会根据质能方程和质然后提出问题由学生自主讨论，达到会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；培养学生的理解量亏损的概念计算核反应中释放的核能；培养学生的理解能力、推理能力，掌握结合能的概念、爱因斯坦的质能方能力、推理能力，掌握结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。程、质量与能量的关系。2021/8/8 星期日3 组成原子核的核子之间有很强的相互作用组成原子核的核子之间有很强的相互作用,使核子能够克服库仑斥力使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力。而紧密地结合在一起，这种力称为核力。一、核力与四种基

3、本相互作用一、核力与四种基本相互作用1.什么是核力什么是核力2.核力是短程力核力是短程力3.核力的饱和性核力的饱和性每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用。每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用。2021/8/8 星期日41.轻原子核轻原子核 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等。自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等。二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例2.重原子核重原子核 对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差就越大。对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差就越大。三、结合能三、结合能1、结合能、结合能 把原子核分解为独立的核

4、子，需要克服强大的核力做功，因此需要吸收把原子核分解为独立的核子，需要克服强大的核力做功，因此需要吸收能力；或核力把核子结合在一起放出的能量，称为原子核的结合能。能力；或核力把核子结合在一起放出的能量，称为原子核的结合能。2、比结合能、比结合能 结合能与核子数之比称为比结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合能与核子数之比称为比结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定。结合的越牢固，原子核越稳定。2021/8/8 星期日5四、质量亏损四、质量亏损1、质量亏损、质量亏损核反应前与反应后的总质量之差称为质量亏损。核反应前与反应后的总质量之差称为质量亏损。2、爱因斯坦质能方

5、程、爱因斯坦质能方程3、核能的计算、核能的计算2021/8/8 星期日6答案：组成原子核的相邻核子间存在着核力。答案：组成原子核的相邻核子间存在着核力。原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？2021/8/8 星期日7原子核的组成原子核的组成原子核的组成原子核的组成 电荷数电荷数=质子数质子数质量数质量数A=质子数质子数Z+中子数中子数N=核子数核子数 原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子。2021

6、/8/8 星期日8 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。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一一种种力力把把各各种种核核子紧紧拉在一起子紧紧拉在一起,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引力万有引力万有引力万有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子靠什么力结合成原子核核子

7、靠什么力结合成原子核？2021/8/8 星期日9能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？一、核力：一、核力：一、核力：一、核力：2021/8/8 星期日102.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0.810-15m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，距距离离小小于于0.810-15m时为斥力。时为斥力。3.核核力力具具有有饱饱和和性性。核核子子只只对对相相

8、邻邻的的少少数数核核子子产产生生较较强强的的引引力力，而不是与核内所有核子发生作用。而不是与核内所有核子发生作用。4.核核力力具具有有电电荷荷无无关关性性。对对给给定定的的相相对对运运动动状状态态，核核力力与与核核子子电荷无关。电荷无关。要要真真正正了了解解核核子子间间的的相相互互作作用用还还要要考考虑虑核核子子的的组组成成物物夸夸克克的相互作用。的相互作用。1.核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。2021/8/8 星期日11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）,弱力是引起中子质子

9、转变的原因弱力是引起中子质子转变的原因,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。2021/8/8 星期日12二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例1.原子核中的质子数又称为原子序数。原子核中的质子数又称为原子序数。3.3.轻核：排在周期表比较靠前的原子核叫轻核。轻核：排在周期表比较靠前的原子核叫轻核。一般轻核的质子和中子数相等一般轻核的质子和中子数相等(N=Z)(N=Z)。例如，氦例如，氦4 4的原子核，各有的原子核，各有2

10、2个质子和中子。个质子和中子。大多数重核是中子多于质子大多数重核是中子多于质子(NZ)。例如，金例如，金197有有79个质子和个质子和108个中子。个中子。2.2.重核：排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核。重核：排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核。2021/8/8 星期日13二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例二、原子核中质子与中子的比例自然界中较轻的原子核，质子数与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，越重的子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越

11、多。元素，两者相差越多。为什么会这样呢为什么会这样呢为什么会这样呢为什么会这样呢？2021/8/8 星期日14 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，原子核大到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的库一定程度时，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。这时，如果不再成对地增加核子，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，中子与其他核子没有库仑斥力

12、，但有相互吸引的而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。核里，中子数要比质子数多。2021/8/8 星期日15 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些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，这时即使再增加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。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

13、各种组合，但那在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久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，则正在瓦解之中。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。2021/8/8 星期日16 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。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；原子核分解可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；

14、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。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、结合能三、结合能三、结合能三、结合能例如：2021/8/8 星期日17 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。而是为把核子分开而需要的能量。比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。也叫平均结合能。也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能越

15、大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。2021/8/8 星期日181、例题：、例题：中子的质量中子的质量 =1.674910=1.67491027Kg 27Kg 质子的质量质子的质量 =1.672610=1.67261027Kg 27Kg 中子和质子的质量和中子和质子的质量和 =3.347510=3.34751027Kg 27Kg 氘核的质量氘核的质量 =3.343610=3.34361027Kg 27Kg 质量差质量差 =0.003910=0.00391027Kg 27Kg 2021/8/8 星期日19质量亏损：原子分解为核

16、子时，质量增加；核子结合质量亏损：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。原子核的质量小于组成原子成原子核时，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，叫做质量亏损。核的核子的质量之和，叫做质量亏损。四、质量亏损四、质量亏损四、质量亏损四、质量亏损式中式中c是真空中的光速，是真空中的光速，m是物体的质量，是物体的质量，E是物体的能量。是物体的能量。爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E=mc2E=mc22021/8/8 星期日20 核子在结合成原子核时出现的质量亏损核子在结合成原子核时出现的质量亏损mm，正表明它，正表明它们在互相结合过

17、程中放出了能量。们在互相结合过程中放出了能量。E=E=mc2mc22021/8/8 星期日213 3、有关问题的理解和注意事项、有关问题的理解和注意事项、有关问题的理解和注意事项、有关问题的理解和注意事项1.核子结合成原子核时核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量新核质量小于核子的质量(质量亏损质量亏损),同时以同时以 光子光子形式释放核能形式释放核能;3.核反应过程中核反应过程中,质量亏损时质量亏损时,核子个数不亏损核子个数不亏损(即质量数守恒即质量数守恒),可理解为组成可理解为组成原子核后原子核后,核内每个核子仿佛核内每个核子仿佛“瘦了瘦了”一些。一些。4.质量亏损并非质量消失质量亏损

18、并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以能量形式辐射以能量形式辐射(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。2.原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要吸收一定能量需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的核子的总质量大于原原子核的质量。质量。2021/8/8 星期日224.4.4.4.公式公式公式公式E=mc2 E=mc2 E=mc2 E=mc2 的单位问的单位问的单位问的单位问题题题题国际单位国际单位:m用用“kg”,C用用“m/s”,E用用“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)”1u=1.66056610-27kg,E用用“

19、uc2”1uc2=931MeV (表示表示1u的质量变化相当于的质量变化相当于931MeV的能量改变的能量改变)2021/8/8 星期日23 当然，当然，2.19MeV2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成成1 1个氘核所放出的能量。如果组成的是个氘核所放出的能量。如果组成的是6.0210236.021023个氘核时，个氘核时，放出的能量就十分可观了。与之相对照的是，使放出的能量就十分可观了。与之相对照的是，使1 1摩的碳完全摩的碳完全燃烧放出的能量为燃烧放出的能量为393.5103J393.5103J。折合为每个碳原子在完全燃。折合为每个碳原

20、子在完全燃烧时放出的能量只不过烧时放出的能量只不过4eV4eV。若跟上述核反应中每个原子可能。若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍。放出的能量相比，两者相差数十万倍。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。大好几个数量级。2021/8/8 星期日24比结合能比结合能比结合能比结合能2021/8/8 星期日25B2021/8/8 星期日262021/8/8 星期日279、静夜四无邻，荒居旧业贫。2022/12/252022/12/25Sunday,December 25,202210、雨中

21、黄叶树，灯下白头人。2022/12/252022/12/252022/12/2512/25/2022 5:09:20 PM11、以我独沈久，愧君相见频。2022/12/252022/12/252022/12/25Dec-2225-Dec-2212、故人江海别，几度隔山川。2022/12/252022/12/252022/12/25Sunday,December 25,202213、乍见翻疑梦，相悲各问年。2022/12/252022/12/252022/12/252022/12/2512/25/202214、他乡生白发，旧国见青山。25 十二月 20222022/12/252022/12/25

22、2022/12/2515、比不了得就不比，得不到的就不要。十二月 222022/12/252022/12/252022/12/2512/25/202216、行动出成果，工作出财富。2022/12/252022/12/2525 December 202217、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2022/12/252022/12/252022/12/252022/12/259、没有失败，只有暂时停止成功！。2022/12/252022/12/25Sunday,December 25,202210、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2022/12/

23、252022/12/252022/12/2512/25/2022 5:09:20 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2022/12/252022/12/252022/12/25Dec-2225-Dec-2212、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2022/12/252022/12/252022/12/25Sunday,December 25,202213、不知香积寺，数里入云峰。2022/12/252022/12/252022/12/252022/12/2512/25/202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。25 十二月 20222022

24、/12/252022/12/252022/12/2515、楚塞三湘接，荆门九派通。十二月 222022/12/252022/12/252022/12/2512/25/202216、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2022/12/252022/12/2525 December 202217、空山新雨后，天气晚来秋。2022/12/252022/12/252022/12/252022/12/259、杨柳散和风，青山澹吾虑。2022/12/252022/12/25Sunday,December 25,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2022/12/252022/12/252022

25、/12/2512/25/2022 5:09:20 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。2022/12/252022/12/252022/12/25Dec-2225-Dec-2212、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2022/12/252022/12/252022/12/25Sunday,December 25,202213、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2022/12/252022/12/252022/12/252022/12/2512/25/202214、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。25 十二月 20222022/12/252022/12/252022

26、/12/2515、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。十二月 222022/12/252022/12/252022/12/2512/25/202216、业余生活要有意义，不要越轨。2022/12/252022/12/2525 December 202217、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2022/12/252022/12/252022/12/252022/12/25MOMODA POWERPOINTLoremipsumdolorsitamet,consecteturadipiscingelit.Fusceidurnablandit,eleifendnullaac,fringillapurus.Nullaiaculistemporfelisutcursus.感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉2021/8/8 星期日28