高中 物理 必修第三冊 第五章 原子核《第3節(jié) 核力與結(jié)合能》課件

物理第五章原子核第3節(jié)核力與結(jié)合能01必備知識素養(yǎng)奠基02關(guān)鍵能力素養(yǎng)形成03分層演練素養(yǎng)達(dá)標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．了解四種基本相互作用，知道核力的性質(zhì)。2．知道原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能的概念。3．知道什么是質(zhì)量虧損，能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算。知識點(diǎn)1核力與四種基本相互作用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______在地球表面附近的一種表現(xiàn)。引力2．電磁相互作用：______間的相互作用、______間的相互作用，從本質(zhì)上說是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，這種相互作用稱為__________________或電磁力。它也是自然界的一種基本相互作用。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__________________。電荷磁體電磁相互作用電磁相互作用3．強(qiáng)相互作用：原子核中的______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_________，這種作用稱為強(qiáng)相互作用。它的作用范圍只有約____m，超出這個(gè)界限，該力實(shí)際上已經(jīng)不存在了，它是短程力。4．弱相互作用：在某些_______現(xiàn)象中起作用的還有另一種基本相互作用，稱為弱相互作用。弱相互作用是引起原子核_______的原因，即引起_______________轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)相互作用更短，只有______m。核子原子核10－15

放射β衰變中子—質(zhì)子10－18

[判一判]1．(1)原子核中粒子所受的萬有引力和電磁力可以達(dá)到平衡。(

)(2)核力是強(qiáng)相互作用，在任何情況下都比庫侖力大。(

)(3)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因。(

)××√知識點(diǎn)2結(jié)合能1．結(jié)合能：原子核是_____憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開，也需要______，這就是原子核的結(jié)合能。2．比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與_________之比，叫作比結(jié)合能，也叫作______結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越______，原子核越______。核子能量核子數(shù)平均牢固穩(wěn)定知識點(diǎn)3質(zhì)量虧損1．質(zhì)能方程物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系是：E＝_____。2．質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量______組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。mc2小于[判一判]2．(1)原子核的結(jié)合能就是核子結(jié)合成原子核時(shí)需要的能量。(

)(2)比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。(

)(3)質(zhì)能方程E＝mc2表明了質(zhì)量與能量間的一種對應(yīng)關(guān)系。(

)×√√√2．(對核力與結(jié)合能的考查)關(guān)于核力與結(jié)合能，下列說法不正確的是(

)A．核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，可為引力也可為斥力B．核力具有飽和性和短程性，重核的中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)C．比結(jié)合能小的原子核合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定釋放核能D．原子核的結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定√解析：核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力在大于0.8×10－15m時(shí)表現(xiàn)為引力，且隨距離增大而減小，超過1.5×10－15m，核力急劇下降幾乎消失，而在距離小于0.8×10－15m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，故A正確，不符合題意；核力具有飽和性和短程性，重核的中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)，故B正確，不符合題意；比結(jié)合能小的輕核合成比結(jié)合能大的原子核，比結(jié)合能小的重核分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)都要發(fā)生質(zhì)量虧損，則一定釋放核能，故C正確,不符合題意；原子核的比結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故D錯(cuò)誤,符合題意。3．(質(zhì)量虧損)對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說法中不正確的是(

)A．E＝mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能C．若m表示核電站參與反應(yīng)的鈾235的質(zhì)量，則E表示核反應(yīng)釋放的核能D．太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，因此太陽的質(zhì)量在不斷減少√解析：愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，告訴我們，物體具有的能量與它的質(zhì)量成正比，故A正確，不符合題意；根據(jù)ΔE＝Δmc2，Δm是虧損質(zhì)量，ΔE是釋放的核能，故B正確，不符合題意；若m表示核電站參與反應(yīng)的鈾235的質(zhì)量，則E表示其具有的能量，不表示核反應(yīng)釋放的核能，故C錯(cuò)誤，符合題意；太陽輻射的能量來自太陽內(nèi)部的輕核聚變，即熱核反應(yīng)，輕核聚變有質(zhì)量虧損，釋放核能，故D正確，不符合題意。探究一對核力的理解1．核力的性質(zhì)(1)核力是四種基本相互作用中的強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)。(2)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)表現(xiàn)為引力，距離小于0.8×10－15m時(shí)表現(xiàn)為斥力，距離超過1.5×10－15m時(shí)核力幾乎消失。(3)核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。(4)核力具有電荷無關(guān)性。核力與核子電荷無關(guān)。2．原子核中質(zhì)子與中子比例關(guān)系(1)較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。(2)形成原因①若質(zhì)子與中子成對地放在一起，人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。②若只增加中子，因?yàn)橹凶优c其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。③由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核,

一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時(shí)候再增加中子,形成的核也一定是不穩(wěn)定的?！纠?】(多選)關(guān)于核力，下列說法正確的是(

)A．核力是一種特殊的萬有引力B．原子核內(nèi)只有質(zhì)子和質(zhì)子間有核力作用，而中子和中子之間、質(zhì)子和中子之間沒有核力作用C．核力是原子核穩(wěn)定存在的原因D．核力是一種短程強(qiáng)力作用√√[解析]

核力與萬有引力、庫侖力的性質(zhì)不同，核力是短程力，是核子間的強(qiáng)相互作用，作用范圍在1.5×10－15m，原子核的半徑數(shù)量級在10－15m，所以核力只存在于相鄰的核子之間，核力是原子核穩(wěn)定存在的原因，故C、D正確。1．結(jié)合能要把原子核分開成核子時(shí)吸收的能量或核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量。2．比結(jié)合能等于原子核的結(jié)合能與原子核中核子個(gè)數(shù)的比值，它反映了原子核的穩(wěn)定程度。探究二對結(jié)合能的理解3．比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示。從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核的要小。4．比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。(2)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。(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?！獭纠?】(多選)如圖所示，這是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像，下列說法中正確的是(

)A．若原子核D和E結(jié)合成F，結(jié)合過程一定會吸收核能B．若原子核D和E結(jié)合成F，結(jié)合過程一定會釋放核能C．若原子核A分裂成B和C，分裂過程一定會吸收核能D．若原子核A分裂成B和C，分裂過程一定會釋放核能√√[解析]

D和E結(jié)合成F，屬于輕核的聚變，有質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，有能量釋放，故A錯(cuò)誤，B正確；若A能分裂成B和C，則屬于重核的裂變，分裂過程有質(zhì)量虧損，一定要釋放能量，故C錯(cuò)誤，D正確。[針對訓(xùn)練1]

(多選)某種原子序數(shù)大于90的原子核不穩(wěn)定，分裂成三個(gè)質(zhì)量較小的新核和某種射線，關(guān)于該分裂過程，下列說法正確的是(

)A．一定放出能量B．新核的比結(jié)合能更小C．放出的射線可能為X射線D．若放出的射線為β射線，則分解過程中存在弱相互作用√√解析：分裂后的原子核的質(zhì)量數(shù)比分裂前小，所以比結(jié)合能增大，一定放出能量，A正確，B錯(cuò)誤；放出的射線只可能是α、β、γ中的某一種，不可能是X射線，C錯(cuò)誤；β射線是中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的，而弱相互作用就是在中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子時(shí)起作用，D正確。[針對訓(xùn)練2]下面關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中正確的是(

)A．核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆散成核子時(shí)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)量的原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核要大√解析：核子結(jié)合成原子核要放出能量,原子核拆散成核子時(shí)要吸收能量,A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能大的原子核，其結(jié)合能不一定大。例如，中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能反而比重核小，B、C錯(cuò)誤；中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能比輕核大，它的原子核內(nèi)的核子數(shù)比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D正確。1．質(zhì)量虧損所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。總之，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們之間的關(guān)系就是E＝mc2。探究三質(zhì)能方程的理解和核能的計(jì)算2．質(zhì)能方程E＝mc2(1)質(zhì)能方程說明，一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。具體地說，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量之積，這里所說的總能量，不是單指物體的動(dòng)能、核能或其他哪一種能量,而是物體所具有的各種能量的總和。(2)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2。(3)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)和它們的某一屬性(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)量守恒定律和能量守恒定律，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)量守恒定律、能量守恒定律仍成立。3．計(jì)算核能的兩種方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm。②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能。其中若Δm的單位是千克,ΔE的單位是焦耳。若Δm用原子質(zhì)量單位(u)表示，則ΔE＝Δm×931.5MeV。(2)利用平均結(jié)合能來計(jì)算核能原子核的結(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?！纠?】

(多選)對公式ΔE＝Δmc2的正確理解是(

)A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少ΔmB．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量D．在把核子結(jié)合成原子核時(shí)，若放出的能量是ΔE，則這些核子的質(zhì)量和與組成原子核的質(zhì)量之差就是Δm√√√[解析]

一定質(zhì)量