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1、物理物理课室课室19.5 核力与结合能核力与结合能人教版选修人教版选修351、知道核力的概念及其性质。、知道核力的概念及其性质。2、认识原子核的结合能、认识原子核的结合能3、了解平均结合能。、了解平均结合能。4、会利用质能方程求解结合能。、会利用质能方程求解结合能。物理物理课室课室回顾：原子核的组成回顾：原子核的组成 原子核是由质子和中子原子核是由质子和中子组成组成的，质子和中子统的，质子和中子统称为称为核子核子第四节第四节 核力与结合能核力与结合能提出问题：提出问题：质子间存在着巨质子间存在着巨大的库伦斥力，那为什么质大的库伦斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧子没有被排斥开，反而还紧紧
2、的结合在一起呢？紧的结合在一起呢？猜想：猜想：万有引力？万有引力？m1410物理物理课室课室一一 核力及其性质核力及其性质质子相互间距质子相互间距r的数量级为的数量级为10-15m；质子质量；质子质量m的数量级的数量级为为10-27kg，质子电量，质子电量e的数量级为的数量级为10-19C；万有引力常量；万有引力常量G的数量级为的数量级为10-11，静电力常量静电力常量k的数量级为的数量级为109。估算库估算库仑力与万有引力之比？仑力与万有引力之比？万库FF解：解：3610结论：结论：原子核中的质子要靠自身的万有引力来原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。抗衡相互间的
3、库仑力是不可能的。再猜想：再猜想：在核子之间一定存在着第三种力，使核在核子之间一定存在着第三种力，使核子能紧密的结合在一起。子能紧密的结合在一起。核力。核力。227112199222222)10(1010(10/）GmkerGmrke物理物理课室课室一一 核力及其性质核力及其性质核力：核力：相邻的核子之间存在的强相互作用力。相邻的核子之间存在的强相互作用力。2、核力的性质、核力的性质（1）核力是强相互作用力；）核力是强相互作用力；在原子核尺度内，在原子核尺度内， 核力比库仑力大得多。核力比库仑力大得多。（2）核力是短程力，只存在于相邻核子之间。）核力是短程力，只存在于相邻核子之间。 （距离大于
4、（距离大于210-15m时核力迅速减小到零时核力迅速减小到零)1、概念：、概念：物理物理课室课室原子核中质子和中子的比例原子核中质子和中子的比例 轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数大致相等；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。物理物理课室课室原子核中质子和中子的比例原子核中质子和中子的比例 重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。如果质
5、子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。物理物理课室课室原子核中质子和中子的比例原子核中质子和中子的比例 不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。物理物理课室课室二二 结合能结合能要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量。大的能量。根据功能关系，理由是什么？根据功能关系，理由是什么？物理物理课室课室结
6、合能结合能宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。 微观模型：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中 物理物理课室课室二二 结合能结合能nHH10
7、1121HnH211011当光子能量等于或当光子能量等于或大于大于2.22MeV时，时，这个反应才会发生这个反应才会发生 一个质子和一个中子一个质子和一个中子结合成氘核，要放出结合成氘核，要放出2.22MeV的能量的能量 结合能：结合能：将原子核拆散成单个核子需要吸收的将原子核拆散成单个核子需要吸收的能量或是将核子结合成原子核所放出的能量能量或是将核子结合成原子核所放出的能量物理物理课室课室如何求解原子核的结合能？如何求解原子核的结合能？HHn211110反应前质量反应前质量/kg反应后质量反应后质量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1.67261027总质量总质量总
8、质量总质量3.343610273.3475 1027在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子独自存在时的总质量，这两者的差额叫做独自存在时的总质量，这两者的差额叫做质量亏损质量亏损 原子核的结合能会不会与质量原子核的结合能会不会与质量 亏损有关呢？你的依据是什么？亏损有关呢？你的依据是什么？ 三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2物理物理课室课室 (1) 物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系关系.对质能方程理解对质能方程理解E=mc2的理解的理解三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2
9、 2（2）任何质量为）任何质量为m的物体都具有大小相当于的物体都具有大小相当于mc2的能量。任何一部分能量也都与一定的质量向对的能量。任何一部分能量也都与一定的质量向对应。应。（3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。变化。物理物理课室课室HnH211011232232221)(1cmmmEEcmcmcmm1m2m3根据质能方程根据质能方程E=mc2和能量守恒定律，推导出和能量守恒定律，推导出光子的能量光子的能量( (即氘核的结合能）即氘核的结合能）并总结出求结合能的方法。并总结出求结合能的方法。2mcE计算结合能时，先计算计算结合能时，先计算质量亏
10、损质量亏损m m，在带入，在带入质能方程求出结合能质能方程求出结合能三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2E E物理物理课室课室三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2HHn211110反应前质量反应前质量/kg反应后质量反应后质量/kgmn1.67491027m氘氘3.34361027mp1.67261027总质量总质量总质量总质量3.343610273.3475 1027理论值：理论值：m=(mn+mp-m氘）=0.0039 1027kg28 272)10 (3.010 0.0039=mc =EJ131051. 3实验值：实验值：MevMev19. 210106 . 1105
11、1. 3619132.22Mev物理物理课室课室2mcE计算结合能时，先计算计算结合能时，先计算质量亏损质量亏损m m，在带入，在带入质能方程求出结合能质能方程求出结合能计算任意核反应中释放计算任意核反应中释放的核能，先计算质量亏的核能，先计算质量亏损损m m，在带入质能方，在带入质能方程求出核能。程求出核能。核能核能质量亏损质量亏损三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2物理物理课室课室【讨论与交流【讨论与交流】三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 21、质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对、质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对象不同，相互之间不能转化。象不同，相
12、互之间不能转化。下面说法是否正确。并说明理由。下面说法是否正确。并说明理由。（1）由质能方程）由质能方程E=mc2，可推得，可推得E=mc2,这说明质量这说明质量就是能量，质量可以转化为能量。就是能量，质量可以转化为能量。2、质能方程揭示了质量与能量的不可分割性，、质能方程揭示了质量与能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系。决不方程建立了这两个属性在数值上的关系。决不是这两个量相互转化。是这两个量相互转化。（2）关系式）关系式E=mc2中的质量亏损表明在核反应时中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。质量不守恒。物理物理课室课室三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2【讨论与
13、交流【讨论与交流】下面说法是否正确。并说明理由。下面说法是否正确。并说明理由。（2）关系式）关系式E=mc2中的质量亏损表明在核反应时中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。质量不守恒。1、质量包括静止质量和运动质量两部分组成、质量包括静止质量和运动质量两部分组成2、 E=mc2中中m可以理解为静止质量的亏损，可以理解为静止质量的亏损， 也可以理解为释放的能量也可以理解为释放的能量E对应的运动质量增加对应的运动质量增加3、因此质量亏损不能简单地认为质量减少，质量亏损的、因此质量亏损不能简单地认为质量减少，质量亏损的本质是静止质量的亏损转化为运动质量，是质量守恒在本质是静止质量的亏损转化为运动质量
14、，是质量守恒在核反应中的客观体现核反应中的客观体现HnH211011m1m2m3E E物理物理课室课室【思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？【思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？ 即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？四四 平均结合能平均结合能如何才能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？U-235Li-6物理物理课室课室四四 平均结合能平均结合能1）概念：）概念：原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比2）理解：）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等
15、于把原子核拆散成每个所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。 2、平均结合能：、平均结合能：结合能结合能核子数核子数=3）意义：）意义： 它反映了一个原子核稳定程度。平均它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。结合能越大，核越稳定。物理物理课室课室物理物理课室课室四四 平均结合能平均结合能1）概念：）概念：原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比3）意义：）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。越大，核越稳定。4）规律：）规
16、律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性稳定性较差较差;中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。 2）理解：）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。必须提供给每个核子的平均能量。 2、平均结合能：、平均结合能：结合能结合能核子数核子数=物理物理课室课室 目标检测目标检测1、一下关于核力的说法正确的是、一下关于核力的说法正确的是 （ ）A、核
17、力存在于任何核子之间、核力存在于任何核子之间B、核力只存在于相邻的核子之间、核力只存在于相邻的核子之间C、核力与万有引力性质相同、核力与万有引力性质相同D、核力是一种短程的强作用力、核力是一种短程的强作用力B、D考查点：核力的性质考查点：核力的性质物理物理课室课室 目标检测目标检测2、联合国将、联合国将2005年定为年定为“国际物理年国际物理年”，以纪，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的，下列说法中正确的是（是（ )A、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比表明物体具有的能量与其质
18、量成正比B、 E=mc2中的中的E表示发生核反应过程中释放的表示发生核反应过程中释放的核能核能C、 根据根据E= mc2 可以计算核反应中释放的可以计算核反应中释放的核能核能D、 E= mc2 表示发生的质量亏损表示发生的质量亏损 m转变转变成为能量成为能量 E释放出来释放出来A、C物理物理课室课室3、当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，、当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，设氘核的质量为设氘核的质量为m1，氚核的质量为，氚核的质量为m2，氦核的，氦核的质量为质量为m3,中子的质量为中子的质量为m4,则反应过程中释放的则反应过程中释放的能量为：能量为： （ ） 目标检测目标检测2321
19、)(cmmm2421)(cmmm24321)(cmmmm22143)(cmmmmA、C、D、B、CnHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10423121核反应方程为：核反应方程为：2mcE物理物理课室课室 目标检测（拓展）目标检测（拓展）4、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，、一个质子
20、和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个同时辐射一个光子。已知质子、中子、氘核的光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为质量分别为m m1 1、m m2 2、m m3 3，普朗克常数为，普朗克常数为h h，真空中，真空中的光速为的光速为c c，下列说法正确的是，下列说法正确的是（ ）A A、核反应方程是、核反应方程是HnH3110112321)(cmmmhD、 光子的波长光子的波长C、辐射出的、辐射出的光子的能量光子的能量 E=（m3-m1-m2)c2B、聚变反应中的质量亏损、聚变反应中的质量亏损m=m1+m2-m3B物理物理课室课室 小结小结1、核子之间的强相互作用力叫、核子之间的强相互作用
21、力叫_。主要。主要特点是特点是_,_.2、当核子结合成原子核时要、当核子结合成原子核时要_ (“吸收吸收”或或“放出放出”)一定的能量，原子核分解成核子时，要一定的能量，原子核分解成核子时，要_ (“吸收吸收”或或“放出放出”)同样的能量，这个能同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。量叫做原子核的结合能。3、结合能与核子数之比称、结合能与核子数之比称_,平均结合平均结合能能_ (“越大越大”“”“越小越小”)表示原子核中核子表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。结合得越牢固，原子核越稳定。4、求解原子核的结合能的方法是：、求解原子核的结合能的方法是：核力核力短程力短程力强相互作用（强力
22、）强相互作用（强力）吸收吸收放出放出平均结合能平均结合能越大越大2mcE物理物理课室课室 根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程E=mc2，物质内贮藏着物质内贮藏着巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来，巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来，供人类所使用，迄今为止，人类所利用的能量还供人类所使用，迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量，获得更为可观的能量， 这对解决人类的能源危机这对解决人类的能源危机具有重要意义。具有重要意义。结束语结束语这个光荣而由艰巨的任务，就有同学们去完成了！这个光荣而由艰巨的任务，就有同学们去完成了！物理物理课室课室作业：作业：1、上交作业 P83 1、22、课后思考：利用核能有哪几种途径？、课后思考：利用核能有哪几种途径？ 预习第五节预习第五节 裂变和聚变裂变和聚变