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文檔簡介

第3節(jié)

核力與結(jié)合能第五章

人教版

選擇性必修第三冊核力與四種基本相互作用01結(jié)合能02質(zhì)量虧損03典例分析04新課導(dǎo)入原子核是由中子和質(zhì)子構(gòu)成的。在原子核那樣狹小的空間里,是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢?難道是萬有引力?想一想F庫中子

質(zhì)子

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。

在核子之間一定存在著第三種力,把核子束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核。第三種力——核力是核力把核子束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核。做一做核力與四種基本相互作用PART01定義:能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。核力的特點:⑵核力是短程力。約在10-15m數(shù)量級時起作用,距離大于0.8×10-15m時為引力,距離為1.5×10-15m時核力幾乎消失,距離小于0.8×10-15m時為斥力,因此核子不會融合在一起。⑴核力是強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)。在原子核尺度內(nèi),核力比庫侖力大得多(比庫侖力強(qiáng)137倍)。

⑶核力與電荷無關(guān)。(核力與核子電荷無關(guān))⑷核力具有飽和性。每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用,這種性質(zhì)稱之為核力的飽和性。1、核力:(1)引力相互作用

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)。2、四種基本相互作用(2)電磁相互作用電荷間與磁體間的相互作用彈力

宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等等,都起源于這些電荷之間的電磁相互作用。(3)強(qiáng)相互作用

原子核中的核子之間存在一種很強(qiáng)的相互作用,即存在一種核力,它使得核子緊密地結(jié)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(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(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。短程力:約在10-18m量級時起作用作用對象特點作用范圍舉例引力相互作用電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用一切物體之間隨距離增大而減弱長程力,宏觀重力電荷間、電流間、磁體間引力相互作用長程力,宏觀彈力、摩擦力組成原子核的核子之間距離增大時急劇減小短程力,微觀核力基本粒子之間距離增大時,急劇減小,比強(qiáng)相互作用小得多基本粒子間的力短程力,微觀引起原子核β衰變的原因3、四種基本相互作用的對比

C小試牛刀【例題】(多選)關(guān)于四種基本相互作用,下列說法正確的是(

)A.原子核中質(zhì)子間的萬有引力和電磁力可以達(dá)到平衡B.核力是強(qiáng)相互作用,在任何情況下都比庫侖力大C.弱相互作用是引起原子核β衰變的原因D.強(qiáng)相互作用的力程大于弱相互作用的力程CD小試牛刀結(jié)合能PART02相距很遠(yuǎn)的兩個物體,由于萬有引力而相互接近,運(yùn)動速度越來越大,引力勢能轉(zhuǎn)化為動能。最后撞在一起,一部分動能變成熱并散失掉了。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,還要重新賦予它們能量。宏觀要使基態(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、讓氫原子吸收光子等途徑使它得到相應(yīng)的能量。微觀如圖5.3-3,氦原子核是由兩個質(zhì)子和兩個中子憑借核力結(jié)合在一起的,要把它們分開,需要吸收能量。反過來,4個核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。那么,把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量有什么關(guān)系?

把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量相等。分開氦原子核核子結(jié)合成氦原子核思考與討論1、結(jié)合能:原子核分解成核子時所吸收的能量。吸收27.386MeV

吸收2.2MeV也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量

組成原子核的核子越多,它的結(jié)合能越高。因此,有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比。2、比結(jié)合能(平均結(jié)合能):

意義:它反映了一個原子核穩(wěn)定程度,比結(jié)合能越大,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。原子核的結(jié)合能=核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核,比結(jié)合能都比較小,表示原子核不太穩(wěn)定;中等核子數(shù)的原子核,比結(jié)合能較大,表示原子核較穩(wěn)定。當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時,就可能釋放核能。(1)結(jié)合能大的原子核,比結(jié)合能不一定大,結(jié)合能小的原子核,比結(jié)合能不一定小。(2)核的大小與原子核穩(wěn)定的關(guān)系方面:中等大小核的比結(jié)合能最大、原子核最穩(wěn)定。

核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量;原子核分解成核子時,要吸收同樣的能量。這個能量有多大?我們可能計算出來嗎?特別提醒質(zhì)量虧損PART03原子分解為核子時,質(zhì)量增加;核子結(jié)合成原子核時,質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和,叫做質(zhì)量虧損。(組成原子核的核子的質(zhì)量之和與原子核的質(zhì)量之差)(3)質(zhì)量虧損也不是核子個數(shù)的減少,核反應(yīng)中核子個數(shù)是不變的。

(2)在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒。

質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?。物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動質(zhì)量,質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量減少,減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動質(zhì)量。1、質(zhì)量虧損:愛因斯坦

物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系,他們的關(guān)系是:

核子在結(jié)合成原子核時要放出能量,出現(xiàn)質(zhì)量虧損,大小為:質(zhì)能方程

物體質(zhì)量,隨著能量的變化,會發(fā)生變化。E=mc2

ΔE=Δmc22、愛因斯坦質(zhì)能方程:4、質(zhì)能方程ΔE=Δmc2常用單位(1)m用“u(原子質(zhì)量單位)”1u=1.660566×10-27kg(2)ΔE用“uc2”1uc2=931.5MeV(931.5兆電子伏)

(表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931.5MeV的能量改變)質(zhì)能方程的本質(zhì):①質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一,決不能把物質(zhì)的質(zhì)量和能量等同起來;②質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性,方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系,這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒,質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉(zhuǎn)化;③質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律。根據(jù)愛因斯坦的相對論,輻射出的γ光子靜質(zhì)量雖然為零,但它有動質(zhì)量,而且這個動質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量,所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立?!纠}】已知中子的質(zhì)量是mn=1.6749×10-27kg,質(zhì)子的質(zhì)量是mp=1.6726×10-27kg,氘核的質(zhì)量是mD=3.3436×10-27kg,求氘核的比結(jié)合能.單個質(zhì)子和單個中子的質(zhì)量和為=mp+mn=(1.6726+1.6749)×10-27kg=3.3475×10-27kg這個數(shù)值與氘核質(zhì)量之差Δm=(mp+mn)-mD=(3.3475-3.3436)×10-27kg=0.0039×10-27kg與這個質(zhì)量差相對應(yīng)的能量為ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J

氘核的比結(jié)合能為

核物理中,能量單位常使用電子伏特:1eV=1.60×10-19J,所以結(jié)合能是解析:中等大小的核的比結(jié)合能最大(平均每個核子的質(zhì)量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。從圖象上看,哪一種原子的比結(jié)合能更大?鐵(Fe)原子的比結(jié)合能最大鐵(Fe)原子比較穩(wěn)定核子結(jié)合成鐵原子核或鐵附近的原子核時,每個核子平均放出的能量大兩個比鐵輕的原子核結(jié)合時,或比鐵重的重核分裂時,都要放出能量原子的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化議一議【例題】(多選)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線,下列判斷正確的有(

)A.核的結(jié)合能約為14MeVB.He核比Li核更穩(wěn)定C.兩個H核結(jié)合成He核時釋放能量D.92U核中核子的平均結(jié)合能比Kr核中的大BC小試牛刀【例題】下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中,正確的有(

)A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,因此它的結(jié)合能也一定越大C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大D小試牛刀典例分析PART03(1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬有引力聚在一起的。

(

)(2)核力是強(qiáng)相互作用力,在原子核的尺度內(nèi),核力比庫侖力大多得。 (

)(3)在原子核的組成中,質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)。 (

)(4)原子核大到一定程度,原子核就不穩(wěn)定了。 (

)(5)組成原子核的核子越多,它的結(jié)合能就越高。 (

)(6)結(jié)合能越大,核子結(jié)合得越牢固,原子越穩(wěn)定。 (

×

×

判一判【例題】

(多選)下列說法正確的是(

)A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發(fā)生B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核,但又不會融合在一起C.質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子之間都可能有核力D.核力是一種弱相互作用力,在其作用范圍內(nèi),核力比庫侖力大得多ABC小試牛刀【例題】(多選)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識,下列正確的是(

)A.一切原子核均具有結(jié)合能B.自由核子結(jié)合為原子核時,可能吸收能量C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定AD小試牛刀A小試牛刀【例題】下列說法正確的是()A.愛因斯坦的質(zhì)能方程說明了物體質(zhì)量就是能量,它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B.由質(zhì)能方程可知,能量與質(zhì)量之間存在正比關(guān)系,可以用物體的質(zhì)量作為它所含有的能量的量度C.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成的D.因在核反應(yīng)中產(chǎn)生能量,有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化,所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒,系統(tǒng)的總能量不

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