5.3核力與結(jié)合能課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第3節(jié)

核力與結(jié)合能新教材人教版物理（高中選擇性必修第三冊）第五章

原子核課堂引入問題與思考：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呢？F庫中子

質(zhì)子質(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的之比？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。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。一、核力與四種基本相互作用1.核力（強(qiáng)相互作用）：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。特點(diǎn)：（1）萬有引力：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，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來。2.四種基本相互作用（1）核力是短程力。約在10-15m數(shù)量級時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力,距離為1.5×10-15m時(shí)核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時(shí)為斥力，因此核子不會融合在一起。（2）核力與電荷無關(guān)。（核力與核子電荷無關(guān)）（3）核力具有飽和性。每個(gè)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。二、結(jié)合能（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。電磁力和萬有引力都是“長程力”，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。（3）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(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，還要重新賦予它們能量。宏觀二、結(jié)合能1.結(jié)合能：當(dāng)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)能量叫做原子核的結(jié)合能。組成原子核的核子數(shù)，組成原子核的核子數(shù)越多，結(jié)合能越大。2.結(jié)合能大小的因素：

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)合成氦原子核氦原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)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(gè)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？思考與討論：不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的，右圖是按照實(shí)際測量結(jié)果畫的圖線?？梢钥闯?，中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。③不同原子核的比結(jié)合能圖像：二、結(jié)合能3.比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱為比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。①注意：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)，外界提供給每個(gè)核子的平均能量。比結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)=②意義：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。比結(jié)合能越大，原子核能量越小！

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)）鐵（Fe）原子的比結(jié)合能最大鐵（Fe）原子比較穩(wěn)定比結(jié)合能最高的是鎳-28。只不過鎳-28最終也會衰變成鐵元素，所以我們會習(xí)慣性地認(rèn)為鐵元素的比結(jié)合能最高。二、結(jié)合能比結(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？<放出反應(yīng)物的結(jié)合能：生成物的結(jié)合能：=二、結(jié)合能原子核的比結(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

較重的核A分裂成中等大小的核B與C的過程中是反應(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？較輕的核D與E聚合成中等大小的核F的過程中是反應(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？<<放出放出二、結(jié)合能思考與討論：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)）三、質(zhì)量虧損1.質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損。2.愛因斯坦已經(jīng)給我們指出了物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，即：E＝mc23.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)思考討論：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)合成原子核的過程中質(zhì)量如何變化？mn+mp>mD質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損是否違背質(zhì)量守恒定律？計(jì)算書本P117例題！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(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個(gè)量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量