第五節(jié)核力與結(jié)合能

1、編輯課件1編輯課件2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五節(jié)第五節(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編輯課件3一一 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(jí)為的數(shù)量級(jí)為10-15m；質(zhì)子質(zhì)量；質(zhì)子質(zhì)量m的數(shù)量級(jí)的數(shù)量級(jí)為為10-27kg，質(zhì)子電量，質(zhì)子電量e的數(shù)量級(jí)為

2、的數(shù)量級(jí)為10-19C；萬有引力常量；萬有引力常量G的數(shù)量級(jí)為的數(shù)量級(jí)為10-11，靜電力常量靜電力常量k的數(shù)量級(jí)為的數(shù)量級(jí)為109。估算兩估算兩質(zhì)子間質(zhì)子間庫侖斥力庫侖斥力與與萬有引力萬有引力之比？之比？萬庫FF解：解：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斥力是不可能的?？购庀嗷ラg的庫侖斥力是不可能的。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/）GmkerGmrke3610編輯課件41、核子

3、之間的強(qiáng)相互作用力叫、核子之間的強(qiáng)相互作用力叫_。2、其主要特點(diǎn)、其主要特點(diǎn)_,_,_.閱讀教材，回答下列問題：閱讀教材，回答下列問題：編輯課件51、核力、核力：核子之間存在的強(qiáng)相互作用力。核子之間存在的強(qiáng)相互作用力。2、核力的性質(zhì)：、核力的性質(zhì)：（1）核力是）核力是強(qiáng)相互作用強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）（強(qiáng)力），在原子核尺度內(nèi)，核，在原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。力比庫侖力大得多。（2）核力是）核力是短程力短程力，作用范圍在，作用范圍在1.510-15m之內(nèi)。核力之內(nèi)。核力在大于在大于0.810-15m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，超過超過1.510-15

4、m ，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.810-15m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起。起。（3）核力具有）核力具有飽和性飽和性，每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核，每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用。力作用。一一 核力及其性質(zhì)核力及其性質(zhì)編輯課件61.1.萬有引力：萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來。宙的現(xiàn)狀和未來。四四種種基基本本相相互互作作用用

5、3.3.強(qiáng)相互作用：強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。2.2.電磁力：電磁力：在原子核外，電磁力使電子結(jié)合成分子，使分在原子核外，電磁力使電子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體與固體。子結(jié)合成液體與固體。電磁力和萬有引力都是電磁力和萬有引力都是“長程力長程力”，即它們可以作用到無，即它們可以作用到無限遠(yuǎn)的距離，當(dāng)然距離越遠(yuǎn)，力就越小限遠(yuǎn)的距離，當(dāng)然距離越遠(yuǎn)，力就越小4.4.弱相互作用：弱相互作用：弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰變衰變的原因，的原因，即引起即引起中子質(zhì)子中子質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程

6、力，其力程比強(qiáng)力更短，為其力程比強(qiáng)力更短，為10101818m m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。，作用強(qiáng)度則比電磁力小。 物理學(xué)家一直夢想將自然界的四種相互作用納入某種統(tǒng)一物理學(xué)家一直夢想將自然界的四種相互作用納入某種統(tǒng)一的理論中，愛因斯坦為此做了大半生的努力，但沒有成功。的理論中，愛因斯坦為此做了大半生的努力，但沒有成功。編輯課件7氘核）( H2 1 氦核）(He4 2 碳核）( C12 6 二、原子核中質(zhì)子和中子的比例二、原子核中質(zhì)子和中子的比例氧核）( O16 8 編輯課件8釷核）Th(234 90 鈾核）(23892U二、原子核中質(zhì)子和中子的比例二、原子核中質(zhì)子和中子的比例編輯課件9 不能不

7、能；由于；由于核力的作用范圍是有限核力的作用范圍是有限的，的，以及以及核力的飽和性核力的飽和性，如果我們繼續(xù)增大原子，如果我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會(huì)核，一些核子間的距離會(huì)大到大到其間根本其間根本沒有沒有核力核力的作用，這時(shí)即使再增加中子，形成的的作用，這時(shí)即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。核也一定是不穩(wěn)定的。二、原子核中質(zhì)子和中子的比例二、原子核中質(zhì)子和中子的比例編輯課件10宏觀模型：宏觀模型：相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體，由于萬有引力而相互接近，運(yùn)相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體，由于萬有引力而相互接近，運(yùn)動(dòng)速度越來越大，引力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能最后撞在一起，動(dòng)能變成動(dòng)速度越來越大，引力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

8、最后撞在一起，動(dòng)能變成它們的內(nèi)能散失掉了。兩個(gè)物體為了結(jié)合而付出了代價(jià)失去它們的內(nèi)能散失掉了。兩個(gè)物體為了結(jié)合而付出了代價(jià)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。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。 編輯課件11要將原子核拆散成單個(gè)核子，也一定需要的能量。要將原子核拆散成單個(gè)核子，也一定需要的能量。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？三、結(jié)合能三、結(jié)合能微觀模型：微觀模型：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能結(jié)合能

9、。 編輯課件12三、三、 結(jié)合能結(jié)合能結(jié)合能：結(jié)合能：將原子核拆分成單個(gè)核子需要吸收的能量將原子核拆分成單個(gè)核子需要吸收的能量將單個(gè)核子結(jié)合成原子核所要放出的能量將單個(gè)核子結(jié)合成原子核所要放出的能量編輯課件13類比分析：類比分析：要使基態(tài)氫原子電離，也就是要從氫原子要使基態(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、照射光子中把電子剝離，需要通過碰撞、照射光子等途徑讓它得到等途徑讓它得到13.6eV 13.6eV 的能量。這個(gè)能量的能量。這個(gè)能量實(shí)際上就是電子與氫原子核的結(jié)合能，不實(shí)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，而過通常把它叫做氫原子的電離能，而結(jié)

10、合結(jié)合能一詞只用在原子核中能一詞只用在原子核中 三、三、 結(jié)合能結(jié)合能 -0.85n2341E（eV） -3.40 -1.510-13.60m rv編輯課件14 當(dāng)核子當(dāng)核子結(jié)合結(jié)合成原子核時(shí)要成原子核時(shí)要放出放出一定能量；原一定能量；原子核子核分解分解成核子時(shí)，要成核子時(shí)，要吸收吸收同樣的能量。這個(gè)能同樣的能量。這個(gè)能量叫做量叫做原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能。 結(jié)合能并結(jié)合能并不是不是由于核子結(jié)合成原子核而由于核子結(jié)合成原子核而具有具有的能量，的能量，而是而是為把核子分開而為把核子分開而需要需要的能量。的能量。 組成原子核的組成原子核的核子數(shù)核子數(shù)，組成原子核的，組成原子核的核子核子數(shù)越多，

11、結(jié)合能越大。數(shù)越多，結(jié)合能越大。三三 結(jié)合能結(jié)合能編輯課件15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結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結(jié)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？合能的大小能不能反映原子核的穩(wěn)定程度？三三 結(jié)合能結(jié)合能編輯課件161）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)之比稱做比結(jié)稱做比結(jié)合能，合能，也叫也叫平均結(jié)合能平均結(jié)合能。2）理解：）理解：核子結(jié)合成原子核時(shí)，平均每個(gè)核子核子結(jié)合成原子核時(shí)，平均每個(gè)核子所釋放的結(jié)合能，它也等于把原子核拆散成每個(gè)所釋放的結(jié)合能，它也等

12、于把原子核拆散成每個(gè)核子時(shí)，外界提供給每個(gè)核子的平均能量。核子時(shí)，外界提供給每個(gè)核子的平均能量。 比結(jié)合能比結(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(gè)原子核穩(wěn)定程度。比結(jié)它反映了一個(gè)原子核穩(wěn)定程度。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。合能越大，原子核越穩(wěn)定。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？比結(jié)合能：比結(jié)合能：編輯課件17 (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)能方程對質(zhì)能方程E=mc2的理解：的理解：質(zhì)能方程質(zhì)能方程 E=mcE=mc2 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

13、物體都具有大小相當(dāng)于mc2的能量。的能量。（3）物體的質(zhì)量發(fā)生變化，相對應(yīng)的能量也會(huì)變）物體的質(zhì)量發(fā)生變化，相對應(yīng)的能量也會(huì)變化?；Ｈ绾吻蠼庠雍说慕Y(jié)合能？如何求解原子核的結(jié)合能？編輯課件18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)量總質(zhì)量總質(zhì)量3.343610273.3475 1027在物理上，原子核的質(zhì)量總是小于組成它的核子的質(zhì)量在物理上，原子核的質(zhì)量總是小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧

14、損。 如何應(yīng)用質(zhì)能方程求解如何應(yīng)用質(zhì)能方程求解原子核的結(jié)合能？原子核的結(jié)合能？ 四、質(zhì)能方程四、質(zhì)能方程 E=mc2編輯課件19HHn211110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/kgmn1.67491027mD3.34361027mp1.67261027總質(zhì)量總質(zhì)量總質(zhì)量總質(zhì)量3.343610273.3475 1027m=(mm=(mn n+m+mp p-m-mD D)=0.0039 )=0.0039 1027kg28 272)10 (3.010 0.0039=mc =EJ131051. 3MevMev19. 210106 . 11051. 361913四、質(zhì)能方程四、質(zhì)能方程

15、 E=mc2計(jì)算結(jié)合能時(shí)，先計(jì)算計(jì)算結(jié)合能時(shí)，先計(jì)算質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損mm，再帶入，再帶入質(zhì)能方程求出結(jié)合能質(zhì)能方程求出結(jié)合能2mcE編輯課件202mcE計(jì)算結(jié)合能時(shí)，先計(jì)算計(jì)算結(jié)合能時(shí)，先計(jì)算質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損mm，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(jì)算任意核反應(yīng)中釋放計(jì)算任意核反應(yīng)中釋放的核能，先計(jì)算質(zhì)量虧的核能，先計(jì)算質(zhì)量虧損損mm，再帶入質(zhì)能方，再帶入質(zhì)能方程求出核能。程求出核能。核能核能質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損四、質(zhì)能方程四、質(zhì)能方程 E=mc2編輯課件21【討論與交流】【討論與交流】1、質(zhì)量和能量是兩個(gè)完全不同的概念，它們表征的對象、質(zhì)量和能量是兩個(gè)完全不同的概念，它們表征的對

16、象不同，相互之間不能轉(zhuǎn)化。不同，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。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)量就是能這說明質(zhì)量就是能量，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量。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，方程建立、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(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，質(zhì)量虧損對應(yīng)能量釋放。了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，質(zhì)量虧損對應(yīng)能量釋放。但決不是這兩個(gè)量相互轉(zhuǎn)化。但決不是這兩個(gè)量相互轉(zhuǎn)化。四、質(zhì)能方程四、質(zhì)能方程 E=mc2編輯課件22 中等大中等大小的核最小的核最穩(wěn)定穩(wěn)定，因，因?yàn)檫@些核

17、為這些核的的比結(jié)合比結(jié)合能最大能最大（平均每平均每個(gè)核子的個(gè)核子的質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損最大最大）。）。猜想獲得核能的途徑？猜想獲得核能的途徑？編輯課件23 課堂小結(jié)課堂小結(jié)一、核力一、核力二、原子核中質(zhì)子數(shù)與中子的比例關(guān)系二、原子核中質(zhì)子數(shù)與中子的比例關(guān)系三、結(jié)合能和比結(jié)合能三、結(jié)合能和比結(jié)合能四、質(zhì)量虧損四、質(zhì)量虧損編輯課件24例1、碳原子質(zhì)量的1/12叫做原子質(zhì)量單位，用u表示。試證明1u相當(dāng)于931.5MeV。證明： 碳原子的摩爾質(zhì)量為碳原子的摩爾質(zhì)量為M=12g/molM=12g/mol，所以，所以一個(gè)碳一個(gè)碳原子質(zhì)量原子質(zhì)量為為m=M/NA=1.993m=M/NA=1.9931010-26-26kgkg 所以所以1u=m/12=M/12NA=1.66061u=m/12=M/12NA=1.66061010-27-27kgkg 代入公式代入公式E=mcE=mc2 2得：得： E=1.4924E=1.49241010-10-10J=931.5MeVJ=931.5MeV 得