【物理】核力與結(jié)合能課件-2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊(cè)

§3核力與結(jié)合能高二物理（人教版2019）選擇性必修第三冊(cè)第五章原子核學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、核力與四種基本相互作用2、結(jié)合能與比結(jié)合能3、質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算問(wèn)題與思考：

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(kāi)呢？新課引入定義：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(diǎn)：⑵核力是短程力。⑶核力與電荷無(wú)關(guān)。⑷核力具有飽和性。1、核力：⑴核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。（1）萬(wàn)有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“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)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來(lái)。（3）強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。（2）電磁力：在原子核外，電磁力使電子和原子核結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體與固體。電磁力和萬(wàn)有引力都是“長(zhǎng)程力”，即它們可以作用到無(wú)限遠(yuǎn)的距離，當(dāng)然距離越遠(yuǎn)，力就越?。?）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。一、核力與四種基本相互作用2.四種基本相互作用新課講授3.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(jí)時(shí)起作用思考與討論：一個(gè)小鐵球在磁鐵的引力作用下不斷靠近，最終被磁鐵吸住。情景1：兩物體為了結(jié)合需要付出一定的代價(jià)即損失一部分的能量放出能量吸收能量結(jié)合能

消耗一定的能量才能將其分開(kāi)類(lèi)比原子核分解成核子時(shí)所吸收的能量1、結(jié)合能：也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量定義：原子核分解成核子時(shí)所吸收的能量二、結(jié)合能與比結(jié)合能溫馨提示：結(jié)合能不是原子核具有的能量思考與討論：1、核子數(shù)越多，原子核的結(jié)合能越大嗎？2、結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定嗎？組成原子核的核子數(shù)越多，結(jié)合能越大。定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比2、比結(jié)合能：（平均結(jié)合能）比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。比結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)=比結(jié)合能最高的是鎳-62。只不過(guò)鎳-62最終也會(huì)衰變成鐵元素，所以我們會(huì)習(xí)慣性地認(rèn)為鐵元素的比結(jié)合能最高。鐵（Fe）原子的比結(jié)合能最大鐵（Fe）原子比較穩(wěn)定原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）比結(jié)合能核子的平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化z思考與討論：

較輕的核D與E聚合成中等大小的核F的過(guò)程中是反應(yīng)物的結(jié)合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的結(jié)合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？<放出比結(jié)合能核子的平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化z

較重的核A分裂成中等大小的核B與C的過(guò)程中是反應(yīng)物的結(jié)合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的結(jié)合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？<放出(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)中等大小核的比結(jié)合能最大、原子核最穩(wěn)定。(3)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(shí)，就可能釋放核能。例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。

特別提醒

核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量。這個(gè)能量有多大？我們可能計(jì)算出來(lái)嗎？三、質(zhì)量虧損已知中子的質(zhì)量是mn=1.6749×10-27kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp=1.6726×10-27kg，但其結(jié)合成的氘核的質(zhì)量卻是mD=3.3436×10-27kg。自由核子結(jié)合成原子核的過(guò)程中質(zhì)量如何變化？情景2：mn+mp>mD質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損是否違背質(zhì)量守恒定律？

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(shí)要放出能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，大小為：質(zhì)能方程E＝mc2

ΔE＝Δmc2質(zhì)能方程ΔE=mc2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)

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.解：一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，該過(guò)程中質(zhì)量之差為Δm=（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg與這個(gè)質(zhì)量差相對(duì)應(yīng)的能量為ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J例題1核物理中，能量單位常使用電子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以結(jié)合能是氘核的比結(jié)合能為思考1：將一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核，能量減小了，是否違反了能量守恒定律？為什么？沒(méi)有違反能量守恒定律；減小的這部分能量以γ光子釋放出去。思考2：將一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核，質(zhì)量減小了，是否違反了質(zhì)量守恒定律？為什么？沒(méi)有違反質(zhì)量守恒定律；減小的那部分質(zhì)量等于γ光子的動(dòng)質(zhì)量。思考討論說(shuō)明：

（1）質(zhì)量不是能量、能量也不是質(zhì)量，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化能量，能量也不能轉(zhuǎn)化質(zhì)量，質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。

（2）核反應(yīng)過(guò)程中，質(zhì)量虧損時(shí)，核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒),可理解為組成原子核后，核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些。（3）質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射出去了

原子物理中常把碳12原子質(zhì)量的1/12叫作“原子質(zhì)量單位”，用1u表示（1u=1.6605×10-27kg）。請(qǐng)證明：1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。已知光速c為2.9979×108m/s，元電荷e為1.6022×10-19C。例題2解：ΔE=Δmc2=1.6605×10-27×(2.9979×108)2J=1.492×10-10J1eV=1.602×10-19J1u=931.5MeV課堂小結(jié)一核力二結(jié)合能與比結(jié)合能三質(zhì)量虧損：質(zhì)能方程定義特點(diǎn)比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定計(jì)算質(zhì)量虧損核反應(yīng)放出的能量3、核反應(yīng)過(guò)程中:

核子結(jié)合成原子核時(shí),新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時(shí)以光子形式釋放核能;

原子核分解為核子時(shí),需要吸收一定能量,核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量。4、質(zhì)能方程ΔE=