2022-2023學年粵教版（2019）選擇性必修第三冊 5.3核力與核反應方程 課件（28張PPT）

第三節(jié)核力與核反應方程高二—粵教版—物理—第五章

學習目標知道原子核的組成，知道原子核的表示方法。會寫核反應方程，知道核反應遵循的規(guī)律。核力的概念、特點和四種基本相互作用。了解結合能和比結合能的概念。能用愛因斯坦的質能方程進行相關計算。一、原子核的組成

一、原子核的組成（二）原子核組成：中子和質子。（一）發(fā)現(xiàn)中子和質子粒子種類發(fā)現(xiàn)者實驗粒子電性粒子質量質子盧瑟福α粒子轟擊氮核正電與氫原子的質量相近中子查德威克α粒子轟擊鈹核不帶電與質子的質量相近核子中子和質子統(tǒng)稱為核子（二）原子核由中子和質子一、原子核的組成中子與質子的質量幾乎相等。原子核的質量幾乎等于單個核子質量的整數(shù)倍，我們把這個倍數(shù)叫做原子核的質量數(shù)，原子核的質量數(shù)就是核內的核子數(shù)。

其中X為元素的符號，A表示原子核的質量數(shù)，Z表示電荷量數(shù)，即質子數(shù)A-Z表示原子核包含的中子數(shù)。（三）原子核常用表示符號

盧瑟福用ɑ粒子轟擊氮核發(fā)現(xiàn)質子的核反應方程。

二、核反應方程提出問題：核反應后原子核發(fā)生了什么變化?有什么規(guī)律？(一)規(guī)律：在核反應過程中，方程兩邊總的電荷數(shù)和質量數(shù)守恒。查德威克用ɑ粒子轟擊鈹核()發(fā)現(xiàn)中子()的核反應方程。

注意：核反應過程一般都是不可逆的，核反應方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應方向。(二)原子核衰變的本質①α衰變：原子核放出α粒子變成新的原子核。②β衰變：原子核放出β粒子變成新的原子核。本質：本質：③γ衰變伴隨α衰變和β衰變本質：發(fā)生衰變時，原子核受激發(fā)而產生的光子（能量）輻射。提出問題：衰變說明原子核里有a粒子和電子嗎？二、核反應方程1、已知鐳的原子序數(shù)是88，鐳原子核的質量數(shù)是226，試問：(1)鐳核中質子數(shù)和中子數(shù)分別是多少？解析：原子序數(shù)與核內質子數(shù)、核電荷數(shù)、中性原子的核外電子數(shù)都是相等的，所以鐳核質子數(shù)為88；中子數(shù)等于原子核的質量數(shù)與質子數(shù)之差，226－88＝138。

課堂反饋(2)鐳核的核電荷數(shù)和所帶的電荷量分別是多少？解析：鐳核的核電荷數(shù)與原子序數(shù)相同，鐳核的核電荷數(shù)為88；所帶的電荷量是：Q＝Ze＝88×1.6×10－19C＝1.408×10－17C。(3)是鐳的一種同位素，讓和以相同的速度垂直射入磁感應強度為B的勻強磁場中，它們運動的軌道半徑之比是多少？2、(多選)天然放射性元素(釷)經過一系列α衰變和β衰變后，變成

(鉛)，以下說法中正確的是()A.鉛核比釷核少8個質子B.鉛核比釷核少16個中子C.共經過4次α衰變和6次β衰變D.共經過6次α衰變和4次β衰變ABD課堂反饋解析：由題目已知釷核和鉛核元素符號得出，鉛核質子數(shù)為82，質量數(shù)為232；釷核質子數(shù)為90，質量數(shù)為209；

設發(fā)生了x次α衰變和y次β衰變，由核反應方程兩邊總質量數(shù)和電荷數(shù)守恒有：2x－y＋82＝90,4x＋208＝232，解得x＝6，y＝4，故衰變過程中共6次α衰變和4次β衰變。提出問題：質子間存在著巨大的庫侖斥力，那為什么質子沒有被排斥開，反而還緊緊的結合在一起呢？三、核力及四種基本互相作用猜想：核子間的萬有引力使它們緊緊結合在一起？

質子相互間距r的數(shù)量級為10-15m；質子質量m的數(shù)量級為10-27kg，質子電量e的數(shù)量級為10-19C；萬有引力常量G的數(shù)量級為10-11，靜電力常量k的數(shù)量級為109。估算兩質子間庫侖斥力與萬有引力之比？解：結論：原子核中的質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。再猜想：核子之間一定存在著第三種力，使核子能緊密的結合在一起。分析論證:萬有引力和庫侖力對比三、核力及四種基本互相作用三、核力及四種基本互相作用1、定義：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力。核力是短程力。約在10-15m量級時起作用，距離大于0.8×10-15m時為引力,距離為10×10-15m時核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時為斥力。核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產生較強的引力，而不是與核內所有核子發(fā)生作用。2、核力的特點(一）、核力1.萬有引力相互作用

萬有引力引力是自然界的一種基本相互作用，地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現(xiàn)。三、核力及四種基本互相作用(二）、四種基本相互作用三、核力及四種基本互相作用2.電磁相互作用電荷間的相互作用

電荷間、磁體間的相互作用，其本質上是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，這種相互作用被稱為電磁相互作用。電流與磁體間的相互作用(二）、四種基本相互作用3.強相互作用

原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。pnnppn短程力：約在10-15m量級時起作用三、核力及四種基本互相作用(二）、四種基本相互作用4.弱相互作用在某些放射現(xiàn)象中起作用的另一種基本相互作用

弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子一質子轉變的原因。短程力：約在10-18m量級時起作用。三、核力及四種基本互相作用(二）、四種基本相互作用類比分析：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、照射光子等途徑讓它得到13.6eV的能量。

-0.85n∞2341E（eV）-3.40-1.510-13.60四、結合能(一）、結合能四、結合能(一）、結合能②將一個質子和中子結合在一起，會產生什么現(xiàn)象？吸收能量放出能量提出問題：①若要把核子分開，需要什么條件？1、定義：因為原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開或結合，也需要能量，這就是原子核的結合能。

將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量。將單個核子結合成原子核需要放出的能量。四、結合能(一）、結合能2、結合能大?。航M成原子核的核子數(shù)越多，結合能越大。四、結合能問題：結合能的大小與什么因素有關？(一）、結合能問題：如果結合能越大說明把原子核分開，所需要的能量就越大，那是不是結合能越大就意味著原子核越穩(wěn)定呢？原子核越大→核子個數(shù)越多→但不能說明它穩(wěn)定→結合能越大結合能核子數(shù)四、結合能平均到每一個核子的結合能大小反映原子核的穩(wěn)定性。(二）、比結合能結合能核子數(shù)比結合能=四、結合能2、比結合能越大，原子核越穩(wěn)定。1、定義：原子核的結合能與核子數(shù)之比稱做比結合能，

也叫平均結合能。(二）、比結合能輕核和重核的比結合能都比中等大小的核的比結合能要小Fe四、結合能情景一：請觀察比結合能與質量數(shù)關系圖，（1）找出比結能隨核子數(shù)變化的規(guī)律？比結合能與質量數(shù)關系圖(二）、比結合能（2）最穩(wěn)定的原子核是什么？為什么？因為Fe的比結合能最大，所以Fe原子核最穩(wěn)定。（3）原子核的結合能是多大？由圖可得的比結合能為1MeV，結合能=核子數(shù)×比結合能=2×1MeV=2MeV(1)

物體具有的能量跟它的質量存在著簡單正比關系。質能方程E=mc2（2）任何質量為m的物體都具有大小相當于mc2的能量。（3）物體的質量發(fā)生變化，相對應的能量也會變化。問題：如何求解原子核的結合能？四、結合能愛因斯坦反應前質量/kg反應后質量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27總質量總質量3.3436×10－273.3475×10－27原子核的質量總是小于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)象叫做質量虧損。

四、結合能問題：如何求解原子核的結合能？中子與質子結合成氘原子核反應前質量/kg反應后質量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27總質量總質量3.3436×10－273.3475×10－27四、結合能問題：如何求解原子核的結合能？質量虧損Δm=(mn+mp-mD)=0.003