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2

第3節(jié)

核力與結(jié)合能第五章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄核力與四種基本相互作用01結(jié)合能02質(zhì)量虧損03學(xué)以致用提高練習(xí)04思考與討論：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？萬有引力？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(kù)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。新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)隨堂練習(xí)布置作業(yè)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)：與萬有引力和電磁力不同，距離增大時(shí)，強(qiáng)相互作用急劇減小，它的作用范圍只有約10-15m，即原子核的大小，超過這個(gè)界限，這種相互作用實(shí)際上已經(jīng)不存在了，它是短程力。這樣，萬有引力、電磁力和強(qiáng)相互作用分別在不同的尺度上發(fā)揮了作用。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.四種基本相互作用（1）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)。（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(zhǎng)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）強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。（4）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)度則比強(qiáng)相互作用力小。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)3.四種基本相互作用的對(duì)比作用對(duì)象特點(diǎn)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(zhǎng)程力，宏觀重力電荷間、電流間、磁體間引力相互作用長(zhǎng)程力，宏觀彈力、摩擦力組成原子核的核子之間距離增大時(shí)急劇減小短程力，微觀核力基本粒子之間距離增大時(shí)，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衰變的原因新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)二、結(jié)合能思考與討論：如右下圖所示，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？

分開氦原子核：

把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量相等。核子結(jié)合成氦原子核：新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)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。2.影響結(jié)合能大小的因素：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。3.比結(jié)合能（平均結(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。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。4.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。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)5.不同原子核的比結(jié)合能圖像：原子的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化（1）不同原子比結(jié)合能不一樣。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。(2)由圖，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能大，原子核比較穩(wěn)定,輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核小。說明：把輕核聚合成質(zhì)量較大的核，或者把重核分裂成中等質(zhì)量的核，核子的比結(jié)合能都會(huì)增加，即核子發(fā)生新的質(zhì)量虧損，也會(huì)伴隨著核能的釋放新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)視頻演示：結(jié)合能新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)(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。

思考與討論：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)算出來嗎？特別提醒新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)三、質(zhì)量虧損1.質(zhì)量虧損：原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，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。（即組成原子核的核子的質(zhì)量之和與原子核的質(zhì)量之差）(1)質(zhì)量虧損的同時(shí)以γ光子形式釋放核能。(2)在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒。(3)質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個(gè)數(shù)是不變的。注意：質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰俊Ｎ矬w的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)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(dòng)質(zhì)量。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)2.愛因斯坦質(zhì)能方程：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(shí)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(huì)發(fā)生變化。E＝mc2

ΔE＝Δmc2新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)3.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(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)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個(gè)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(duì)論，輻射出的γ光子靜質(zhì)量雖然為零，但它有動(dòng)質(zhì)量，而且這個(gè)動(dòng)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。新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)【課堂例題】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.解析：?jiǎn)蝹€(gè)質(zhì)子和單個(gè)中子的質(zhì)量和為：mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg這個(gè)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(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：

新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)視頻演示：質(zhì)量虧損新課導(dǎo)入知識(shí)講解隨堂練習(xí)課堂小結(jié)布置作業(yè)四、學(xué)以致用提高練習(xí)1.(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(kù)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【答案】CD隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)2.下列說法不正確的是()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(huì)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(kù)侖力大得多【答案】D隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)3.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【答案】D隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)4.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)的總能量不守恒【答案】B隨堂練習(xí)新課導(dǎo)入知識(shí)講解課堂小結(jié)布置作業(yè)5.用速度大小為v的中子轟擊靜止的鋰核(Li)，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和α粒子。生成的氚