核力與結(jié)合能(公開課)

第四節(jié)核力與結(jié)合能目標(biāo)：1、知道核力的概念及其性質(zhì)。2、認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能3、了解平均結(jié)合能。4、會(huì)利用質(zhì)能方程求解結(jié)合能。★第一頁第二頁，共26頁。回顧：原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．第四節(jié)核力與結(jié)合能提出問題：質(zhì)子間存在著巨大的庫倫斥力，那為什么質(zhì)子沒有被排斥開，反而還緊緊的結(jié)合在一起呢？猜想：萬有引力？第二頁第三頁，共26頁。一核力及其性質(zhì)質(zhì)子相互間距r的數(shù)量級為10-15m；質(zhì)子質(zhì)量m的數(shù)量級為10-27kg，質(zhì)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。估算庫侖力與萬有引力之比？解：分析論證結(jié)論：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。再猜想：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。——核力。第三頁第四頁，共26頁。一核力及其性質(zhì)核力：相鄰的核子之間存在的強(qiáng)相互作用力。2、核力的性質(zhì)（1）核力是強(qiáng)相互作用力；在原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。（2）核力是短程力，只存在于相鄰核子之間。（距離大于2×10-15m時(shí)核力迅速減小到零)1、概念：第四頁第五頁，共26頁。二結(jié)合能要將原子核拆散成單個(gè)核子，一定需要吸收巨大的能量。根據(jù)功能關(guān)系，理由是什么？第五頁第六頁，共26頁。二結(jié)合能當(dāng)光子能量等于或大于2.22MeV時(shí)，這個(gè)反應(yīng)才會(huì)發(fā)生一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量結(jié)合能：將原子核拆散成單個(gè)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第六頁第七頁，共26頁。提出問題：如何求解原子核的結(jié)合能？反應(yīng)前質(zhì)量/kg反應(yīng)后質(zhì)量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27總質(zhì)量總質(zhì)量3.3436×10－273.3475×10－27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(dú)自存在時(shí)的總質(zhì)量，這兩者的差額叫做質(zhì)量虧損

原子核的結(jié)合能會(huì)不會(huì)與質(zhì)量虧損有關(guān)呢？你的依據(jù)是什么？思考三質(zhì)能方程E=mc2第七頁第八頁，共26頁。(1)物體具有的能量跟它的質(zhì)量存在著簡單正比關(guān)系.對質(zhì)能方程理解E=mc2的理解三質(zhì)能方程E=mc2（2）任何質(zhì)量為m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)量向?qū)?yīng)。（3）物體的質(zhì)量發(fā)生變化，相對應(yīng)的能量也會(huì)變化。第八頁第九頁，共26頁。m1m2m3根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2和能量守恒定律，推導(dǎo)出γ光子的能量(即氘核的結(jié)合能）并總結(jié)出求結(jié)合能的方法。方法：計(jì)算結(jié)合能時(shí)，先計(jì)算質(zhì)量虧損Δm，在帶入質(zhì)能方程求出結(jié)合能三質(zhì)能方程

E=mc2ΔE第九頁第十頁，共26頁。三質(zhì)能方程

E=mc2反應(yīng)前質(zhì)量/kg反應(yīng)后質(zhì)量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27總質(zhì)量總質(zhì)量3.3436×10－273.3475×10－27理論值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039×10－27kg試驗(yàn)值：2.22Mev第十頁第十一頁，共26頁。計(jì)算結(jié)合能時(shí)，先計(jì)算質(zhì)量虧損Δm，在帶入質(zhì)能方程求出結(jié)合能方法：推廣推廣計(jì)算任意核反應(yīng)中釋放的核能，先計(jì)算質(zhì)量虧損Δm，在帶入質(zhì)能方程求出核能。核能質(zhì)量虧損三質(zhì)能方程E=mc2第十一頁第十二頁，共26頁?！居懻撆c交流】三質(zhì)能方程E=mc21、質(zhì)量和能量是兩個(gè)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。下面說法是否正確。并說明理由。（1）由質(zhì)能方程E=mc2，可推得ΔE=Δmc2,這說明質(zhì)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，方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系。決不是這兩個(gè)量相互轉(zhuǎn)化。（2）關(guān)系式ΔE=Δmc2中的質(zhì)量虧損表明在核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量不守恒。第十二頁第十三頁，共26頁。三質(zhì)能方程E=mc2【討論與交流】下面說法是否正確。并說明理由。（2）關(guān)系式ΔE=Δmc2中的質(zhì)量虧損表明在核反應(yīng)時(shí)質(zhì)量不守恒。1、質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量兩部分組成2、ΔE=Δmc2中Δm可以理解為靜止質(zhì)量的虧損，也可以理解為釋放的能量ΔE對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)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)量虧損的本質(zhì)是靜止質(zhì)量的虧損轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，是質(zhì)量守恒在核反應(yīng)中的客觀體現(xiàn)m1m2m3ΔE第十三頁第十四頁，共26頁?！舅伎肌浚航Y(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？四平均結(jié)合能如何才能反映原子核的穩(wěn)定程度？U-235Li-6第十四頁第十五頁，共26頁。四平均結(jié)合能1）概念：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比2）理解：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)核子時(shí)，外界必須提供給每個(gè)核子的平均能量。2、平均結(jié)合能：結(jié)合能核子數(shù)=3）意義：它反映了一個(gè)原子核穩(wěn)定程度。平均結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定。第十五頁第十六頁，共26頁。第十六頁第十七頁，共26頁。四平均結(jié)合能1）概念：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比3）意義：它反映了一個(gè)原子核穩(wěn)定程度。平均結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定。4）規(guī)律：較輕核和較重核的核子平均結(jié)合能較小,穩(wěn)定性較差;中等質(zhì)量核的核子平均結(jié)合能較大，穩(wěn)定性較好。

2）理解：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)核子時(shí)，外界必須提供給每個(gè)核子的平均能量。2、平均結(jié)合能：結(jié)合能核子數(shù)=第十七頁第十八頁，共26頁。目標(biāo)檢測1、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B、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D、核力是一種短程的強(qiáng)作用力B、D考查點(diǎn)：核力的性質(zhì)第十八頁第十九頁，共26頁。目標(biāo)檢測2、聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”，以紀(jì)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E=mc2，下列說法中正確的是（)A、E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B、E=mc2中的E表示發(fā)生核反應(yīng)過程中釋放的核能C、根據(jù)ΔE=Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能D、Δ

E=Δ

mc2表示發(fā)生的質(zhì)量虧損Δm轉(zhuǎn)變成為能量Δ

E釋放出來A、C第十九頁第二十頁，共26頁。3、當(dāng)氘核和氚核聚合成氦核時(shí)會(huì)釋放大量能量，設(shè)氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為m2，氦核的質(zhì)量為m3,中子的質(zhì)量為m4,則反應(yīng)過程中釋放的能量為：（）目標(biāo)檢測A、C、D、B、C核反應(yīng)方程為：第二十頁第二十一頁，共26頁。目標(biāo)檢測（拓展）4、一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常數(shù)為h，真空中的光速為c，下列說法正確的是（）A、核反應(yīng)方程是D、γ光子的波長C、輻射出的γ光子的能量Δ

E=（m3-m1-m2)c2B、聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損Δm=m1+m2-m3B第二十一頁第二十二頁，共26頁。小結(jié)1、核子之間的強(qiáng)相互作用力叫________。主要特點(diǎn)是__________,__________________.2、當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要_____(“吸收”或“放出”)一定的能量，原子核分解成核子時(shí)，要_____(“吸收”或“放出”)同樣的能量，這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能。3、結(jié)合能與核子數(shù)之比稱___________,平均結(jié)合能______(“越大”“越小”)表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。4、求解原子核的結(jié)合能的方法是：核力短程力強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）吸收放出平均結(jié)合能越大第二十二頁第二十三頁，共26頁。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2，物質(zhì)內(nèi)貯藏著巨大能量，問題是如何使貯藏的能量釋放出來，供人類所使用，迄今為止，人類所利用的能量還只是很小的一部分，如果人類在探索