物理選修3-5_19.5核力與結(jié)合能.

1、物理物理課室課室19.5 核力與結(jié)合能核力與結(jié)合能人教版選修人教版選修351、知道核力的概念及其性質(zhì)。、知道核力的概念及其性質(zhì)。2、認(rèn)識原子核的結(jié)合能、認(rèn)識原子核的結(jié)合能3、了解平均結(jié)合能。、了解平均結(jié)合能。4、會利用質(zhì)能方程求解結(jié)合能。、會利用質(zhì)能方程求解結(jié)合能。物理物理課室課室回顧：原子核的組成回顧：原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子原子核是由質(zhì)子和中子組成組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為稱為核子核子第四節(jié)第四節(jié) 核力與結(jié)合能核力與結(jié)合能提出問題：提出問題：質(zhì)子間存在著巨質(zhì)子間存在著巨大的庫侖斥力，那為什么質(zhì)大的庫侖斥力，那為什么質(zhì)子沒有被排斥開，反而還緊子沒有被排斥開，反而還緊緊

2、的結(jié)合在一起呢？緊的結(jié)合在一起呢？猜想：猜想：萬有引力？萬有引力？m1410物理物理課室課室一一 核力及其性質(zhì)核力及其性質(zhì)質(zhì)子相互間距質(zhì)子相互間距r的數(shù)量級為的數(shù)量級為10-15m；質(zhì)子質(zhì)量；質(zhì)子質(zhì)量m的數(shù)量級的數(shù)量級為為10-27kg，質(zhì)子電量，質(zhì)子電量e的數(shù)量級為的數(shù)量級為10-19C；萬有引力常量；萬有引力常量G的數(shù)量級為的數(shù)量級為10-11，靜電力常量靜電力常量k的數(shù)量級為的數(shù)量級為109。估算庫估算庫侖力與萬有引力之比？侖力與萬有引力之比？萬庫FF解：解：3610結(jié)論：結(jié)論：原子核中的質(zhì)子要靠自身的萬有引力來原子核中的質(zhì)子要靠自身的萬有引力來抗衡相互間的庫侖力是不可能的?？购庀嗷ラg的

3、庫侖力是不可能的。再猜想：再猜想：在核子之間一定存在著第三種力，使核在核子之間一定存在著第三種力，使核子能緊密的結(jié)合在一起。子能緊密的結(jié)合在一起。核力。核力。227112199222222)10(1010(10/）GmkerGmrke物理物理課室課室一一 核力及其性質(zhì)核力及其性質(zhì)核力：核力：相鄰的核子之間存在的強相互作用力。相鄰的核子之間存在的強相互作用力。2、核力的性質(zhì)、核力的性質(zhì)（1）核力是強相互作用力；）核力是強相互作用力；在原子核尺度內(nèi)，在原子核尺度內(nèi)， 核力比庫侖力大得多。核力比庫侖力大得多。（2）核力是短程力，）核力是短程力， 只存在于相鄰核子之間。只存在于相鄰核子之間。 （距離大

4、于（距離大于210-15m時核力迅速減小到零時核力迅速減小到零)1、概念：、概念：弱力？物理物理課室課室原子核中質(zhì)子和中子的比例原子核中質(zhì)子和中子的比例 輕核（原子序數(shù)小于20）的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等；對輕核而言，核子數(shù)量相對較小，核子間距處于核力作用范圍之內(nèi)，由于核力遠(yuǎn)大于電磁力，即使質(zhì)子和中子成對出現(xiàn)，強大的核力也可以將核子緊緊地束縛在原子核的范圍之內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。物理物理課室課室原子核中質(zhì)子和中子的比例原子核中質(zhì)子和中子的比例 重核（原子序數(shù)大于20）的質(zhì)子數(shù)小于中子數(shù)；對于重核而言，核子數(shù)量大，核子間距也大，由于核力的飽和性，核力會因為核子間距的變大而大幅度減小，甚至小于電磁力

5、。如果質(zhì)子和中子再成對出現(xiàn)，原子核不穩(wěn)定；如果只增加中子，由于中子之間不存在庫侖力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以重核內(nèi)中子數(shù)會明顯大于質(zhì)子數(shù)。物理物理課室課室原子核中質(zhì)子和中子的比例原子核中質(zhì)子和中子的比例 不能；由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。物理物理課室課室二二 結(jié)合能結(jié)合能要將原子核拆散成單個核子，一定需要吸收巨要將原子核拆散成單個核子，一定需要吸收巨大的能量。大的能量。根據(jù)功能關(guān)系，理由是什么？根據(jù)功能關(guān)系，理由是什么？物理物理課室課

6、室結(jié)合能結(jié)合能宏觀模型：相距很遠(yuǎn)的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉(zhuǎn)化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內(nèi)能散失掉了。兩個物體為了結(jié)合而付出了代價失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。 微觀模型：原子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。 類比分析：要使基態(tài)氫原子電離，也就是要從氫原子中把電子剝離，需要通過碰撞、施加電場、賦予光子等某種途徑讓它得到13.6eV 的能量。這個能量實際上就是電子與氫原子核的結(jié)合能，不過通常把它叫做氫原子的電離能，而結(jié)合能一詞只用在原子核中 物理物理課室課室二二 結(jié)合能結(jié)合能nHH

7、101121HnH211011當(dāng)光子能量等于或當(dāng)光子能量等于或大于大于2.22MeV時，時，這個反應(yīng)才會發(fā)生這個反應(yīng)才會發(fā)生 一個質(zhì)子和一個中子一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，要放出結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量的能量 結(jié)合能：結(jié)合能：將原子核拆散成單個核子需要吸收的將原子核拆散成單個核子需要吸收的能量或是將核子結(jié)合成原子核所放出的能量能量或是將核子結(jié)合成原子核所放出的能量物理物理課室課室如何求解原子核的結(jié)合能？如何求解原子核的結(jié)合能？HHn211110反應(yīng)前質(zhì)量反應(yīng)前質(zhì)量/kg反應(yīng)后質(zhì)量反應(yīng)后質(zhì)量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1.67261027總質(zhì)量總質(zhì)

8、量總質(zhì)量總質(zhì)量3.343610273.3475 1027在物理上，原子核的質(zhì)量總是小于組成該核的全部核子在物理上，原子核的質(zhì)量總是小于組成該核的全部核子獨自存在時的總質(zhì)量，這兩者的差額叫做獨自存在時的總質(zhì)量，這兩者的差額叫做質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損 原子核的結(jié)合能會不會與質(zhì)量原子核的結(jié)合能會不會與質(zhì)量 虧損有關(guān)呢？你的依據(jù)是什么？虧損有關(guān)呢？你的依據(jù)是什么？ 三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 2物理物理課室課室 (1) 物體具有的能量跟它的質(zhì)量存在著簡單正比物體具有的能量跟它的質(zhì)量存在著簡單正比關(guān)系關(guān)系.對質(zhì)能方程理解對質(zhì)能方程理解E=mc2的理解的理解三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=m

9、c2 2（2）任何質(zhì)量為）任何質(zhì)量為m的物體都具有大小相當(dāng)于的物體都具有大小相當(dāng)于mc2的能量。任何一部分能量也都與一定的質(zhì)量相對的能量。任何一部分能量也都與一定的質(zhì)量相對應(yīng)。應(yīng)。（3）物體的質(zhì)量發(fā)生變化，相對應(yīng)的能量也會）物體的質(zhì)量發(fā)生變化，相對應(yīng)的能量也會變化。變化。物理物理課室課室HnH211011232232221)(1cmmmEEcmcmcmm1m2m3根據(jù)質(zhì)能方程根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2和能量守恒定律，推導(dǎo)出和能量守恒定律，推導(dǎo)出光子的能量光子的能量( (即氘核的結(jié)合能）即氘核的結(jié)合能）并總結(jié)出求結(jié)合能的方法。并總結(jié)出求結(jié)合能的方法。2mcE計算結(jié)合能時，先計算計算結(jié)合能時，先計算質(zhì)

10、量虧損質(zhì)量虧損m m，在帶入，在帶入質(zhì)能方程求出結(jié)合能質(zhì)能方程求出結(jié)合能三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 2E E物理物理課室課室三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 2HHn211110反應(yīng)前質(zhì)量反應(yīng)前質(zhì)量/kg反應(yīng)后質(zhì)量反應(yīng)后質(zhì)量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1.67261027總質(zhì)量總質(zhì)量總質(zhì)量總質(zhì)量3.343610273.3475 1027理論值：理論值：m=(mn+mp-m氘）=0.0039 1027kg28 272)10 (3.010 0.0039=mc =EJ131051. 3實驗值：實驗值：MevMev19. 210106 . 11

11、051. 3619132.22Mev物理物理課室課室2mcE計算結(jié)合能時，先計算計算結(jié)合能時，先計算質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損m m，在帶入，在帶入質(zhì)能方程求出結(jié)合能質(zhì)能方程求出結(jié)合能計算任意核反應(yīng)中釋放計算任意核反應(yīng)中釋放的核能，先計算質(zhì)量虧的核能，先計算質(zhì)量虧損損m m，在帶入質(zhì)能方，在帶入質(zhì)能方程求出核能。程求出核能。核能核能質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 2物理物理課室課室【討論與交流【討論與交流】三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 21、質(zhì)量和能量是兩個完全不同的概念，它們表征的對、質(zhì)量和能量是兩個完全不同的概念，它們表征的對象不同，相互之間不能轉(zhuǎn)化。象不同

12、，相互之間不能轉(zhuǎn)化。下面說法是否正確。并說明理由。下面說法是否正確。并說明理由。（1）由質(zhì)能方程）由質(zhì)能方程E=mc2，可推得，可推得E=mc2,這說明質(zhì)量這說明質(zhì)量就是能量，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。就是能量，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。2、質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量與能量的不可分割性，、質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量與能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系。決不方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系。決不是這兩個量相互轉(zhuǎn)化。是這兩個量相互轉(zhuǎn)化。（2）關(guān)系式）關(guān)系式E=mc2中的質(zhì)量虧損表明在核反應(yīng)時中的質(zhì)量虧損表明在核反應(yīng)時質(zhì)量不守恒。質(zhì)量不守恒。物理物理課室課室三三 質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 2【討

13、論與交流【討論與交流】下面說法是否正確。并說明理由。下面說法是否正確。并說明理由。（2）關(guān)系式）關(guān)系式E=mc2中的質(zhì)量虧損表明在核反應(yīng)時中的質(zhì)量虧損表明在核反應(yīng)時質(zhì)量不守恒。質(zhì)量不守恒。1、質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量兩部分組成、質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量兩部分組成2、 E=mc2中中m可以理解為靜止質(zhì)量的虧損，可以理解為靜止質(zhì)量的虧損， 也可以理解為釋放的能量也可以理解為釋放的能量E對應(yīng)的運動質(zhì)量增加對應(yīng)的運動質(zhì)量增加3、因此質(zhì)量虧損不能簡單地認(rèn)為質(zhì)量減少，質(zhì)量虧損的、因此質(zhì)量虧損不能簡單地認(rèn)為質(zhì)量減少，質(zhì)量虧損的本質(zhì)是靜止質(zhì)量的虧損轉(zhuǎn)化為運動質(zhì)量，是質(zhì)量守恒在本質(zhì)是靜止質(zhì)量的虧損轉(zhuǎn)化為運動

14、質(zhì)量，是質(zhì)量守恒在核反應(yīng)中的客觀體現(xiàn)核反應(yīng)中的客觀體現(xiàn)HnH211011m1m2m3E E物理物理課室課室【思考】：結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？【思考】：結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？ 即：結(jié)合能的大小能不能反映原子核的穩(wěn)定程度？即：結(jié)合能的大小能不能反映原子核的穩(wěn)定程度？四四 平均結(jié)合能平均結(jié)合能如何才能反映原子核的穩(wěn)定程度？如何才能反映原子核的穩(wěn)定程度？U-235Li-6物理物理課室課室四四 平均結(jié)合能平均結(jié)合能1）概念：）概念：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比2）理解：）理解：核子結(jié)合成原子核時，平均每個核子核子結(jié)合成原子核時，平均每個核子所釋放的結(jié)合能，它

15、也等于把原子核拆散成每個所釋放的結(jié)合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界必須提供給每個核子的平均能量。核子時，外界必須提供給每個核子的平均能量。 2、平均結(jié)合能：、平均結(jié)合能：結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)核子數(shù)=3）意義：）意義： 它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。平均它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。平均結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定。結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定。物理物理課室課室物理物理課室課室物理物理課室課室物理物理課室課室四四 平均結(jié)合能平均結(jié)合能1）概念：）概念：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比3）意義：）意義：它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。平均結(jié)合能它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。平均結(jié)合能越大，核越

16、穩(wěn)定。越大，核越穩(wěn)定。4）規(guī)律：）規(guī)律：較輕核和較重核的核子平均結(jié)合能較小較輕核和較重核的核子平均結(jié)合能較小,穩(wěn)定性穩(wěn)定性較差較差;中等質(zhì)量核的核子平均結(jié)合能較大，穩(wěn)定性較好。中等質(zhì)量核的核子平均結(jié)合能較大，穩(wěn)定性較好。 2）理解：）理解：核子結(jié)合成原子核時，平均每個核子所釋放核子結(jié)合成原子核時，平均每個核子所釋放的結(jié)合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界的結(jié)合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界必須提供給每個核子的平均能量。必須提供給每個核子的平均能量。 2、平均結(jié)合能：、平均結(jié)合能：結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)核子數(shù)=物理物理課室課室AFeBCO物理物理課室課室 目標(biāo)檢測目標(biāo)檢測1、一下

17、關(guān)于核力的說法正確的是、一下關(guān)于核力的說法正確的是 （ ）A、核力存在于任何核子之間、核力存在于任何核子之間B、核力只存在于相鄰的核子之間、核力只存在于相鄰的核子之間C、核力與萬有引力性質(zhì)相同、核力與萬有引力性質(zhì)相同D、核力是一種短程的強作用力、核力是一種短程的強作用力B、D考查點：核力的性質(zhì)考查點：核力的性質(zhì)物理物理課室課室 目標(biāo)檢測目標(biāo)檢測2、聯(lián)合國將、聯(lián)合國將2005年定為年定為“國際物理年國際物理年”，以紀(jì)，以紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)。對于愛因斯念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程坦提出的質(zhì)能方程E=mc2，下列說法中正確的，下列說法中正確的是（是（ )A、E

18、=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B、 E=mc2中的中的E表示發(fā)生核反應(yīng)過程中釋放的表示發(fā)生核反應(yīng)過程中釋放的核能核能C、 根據(jù)根據(jù)E= mc2 可以計算核反應(yīng)中釋放的可以計算核反應(yīng)中釋放的核能核能D、 E= mc2 表示發(fā)生的質(zhì)量虧損表示發(fā)生的質(zhì)量虧損 m轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變成為能量成為能量 E釋放出來釋放出來A、C物理物理課室課室3、當(dāng)氘核和氚核聚合成氦核時會釋放大量能量，、當(dāng)氘核和氚核聚合成氦核時會釋放大量能量，設(shè)氘核的質(zhì)量為設(shè)氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為，氚核的質(zhì)量為m2，氦核的，氦核的質(zhì)量為質(zhì)量為m3,中子的質(zhì)量為中子的質(zhì)量為m4,則反應(yīng)過程中釋放的則反

19、應(yīng)過程中釋放的能量為：能量為： （ ） 目標(biāo)檢測目標(biāo)檢測2321)(cmmm2421)(cmmm24321)(cmmmm22143)(cmmmmA、C、D、B、CnHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10423121核反應(yīng)方程為：核反應(yīng)方程為：2mcE物理物理課室課室 目標(biāo)檢測（拓展）目標(biāo)

20、檢測（拓展）4、一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，、一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個同時輻射一個光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為質(zhì)量分別為m m1 1、m m2 2、m m3 3，普朗克常數(shù)為，普朗克常數(shù)為h h，真空中，真空中的光速為的光速為c c，下列說法正確的是，下列說法正確的是（ ）A A、核反應(yīng)方程是、核反應(yīng)方程是HnH3110112321)(cmmmhD、 光子的波長光子的波長C、輻射出的、輻射出的光子的能量光子的能量 E=（m3-m1-m2)c2B、聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損、聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損m=m1+m2-m3B物理物理課室課室 小結(jié)小結(jié)1、核子之間的強相互作用力叫、核子之間的強相互作用力叫_。主要。主要特點是特點是_,_.2、當(dāng)核子結(jié)合成原子核時要、當(dāng)核子結(jié)合成原子核時要_ (“吸收吸收”或或“放出放出”)一定的能