《19-5核力与结合能优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《19-5核力与结合能优秀PPT.ppt（27页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、5、核力与结合能一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用质子间的电磁力是万有引力的1035倍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行能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行能的。的。猜想：有第三种力猜想：有第三种力-核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。稳定的原子核。一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用2.核力是短程力。作用范围在核力是短程力。作用范围在1.510-15m之内，大于之内，大于0.810-15m时为吸引力时为吸引力,随距离增大而减小，超过随距离增大而减小，超过
2、1.510-15m时核力几乎消逝，小于时核力几乎消逝，小于0.810-15m时为斥时为斥力，因此核子不会融合在一起。力，因此核子不会融合在一起。1.核力是四种相互作用中的核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，的一种表现。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。3.核力具有核力具有饱和性饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。核力的饱和性。特特 点点4.核力具有核力具有电荷无关性电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。（见。对给定的相对
3、运动状态，核力与核子电荷无关。（见书本书本P79图）图）小于0.810-15m时核力的变更规律还不清晰。一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用 弱相互作用是引起原子核发生衰变的缘由,即引起中子质子转变的缘由。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度比电磁力小。1.1.万有引力：引力主要在宏观和宇观尺度上万有引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚独领风骚”。是引力使行星。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，确定了宇宙的现状和将来。绕恒星转动，并且联系着星系团，确定了宇宙的现状和将来。四四种种相相互互作作用用3.3.强相互作用：强相互作用：在原子核内
4、，强力将核子束缚在一起。在原子核内，强力将核子束缚在一起。2.2.电磁力：电磁力：在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。子结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是电磁力和万有引力都是“长程力长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小当然距离越远，力就越小4.4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的缘由，即引起中子质衰变的缘由，即引起中子质子转变的缘由。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短
5、，为子转变的缘由。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为101018m18m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。物理学有一条理论：叫做简洁才是美。能否将这四条理论统一起来呢？物理学有一条理论：叫做简洁才是美。能否将这四条理论统一起来呢？一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用例1.从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和不同之处（1）它们分别涉及四种基本相互作用的哪一种？（2）每种反应分别变更了或重新支配了什么？二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 自然界中自然界中较轻较轻的原子的原子核，质子
6、数与中子数核，质子数与中子数大致大致相等相等，但对于，但对于较重较重的原子的原子核，中子数核，中子数大于大于质子数，质子数，越重的元素，两者相差越越重的元素，两者相差越多。多。二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 可以设想，我们把质子与中子成对地放在可以设想，我们把质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，它的质子数和中子数一起，人工构建原子核，它的质子数和中子数相等。人工核越来越大，有些核子间的距离越相等。人工核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到减小，但核力减
7、小得更快。所以，原子核大到确定程度时，相距较远的质子之间的核力不足确定程度时，相距较远的质子之间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，假如不再成对地增加质子和中子，定了。这时，假如不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑力，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定。由于这个缘由，稳定的重原子核里，的稳定。由于这个缘由，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。中子数要比质子数多。二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子
8、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，不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，假如我们我们接着增大原子核，一些核子间的距离会大到其间假如我们我们接着增大原子核，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，形成的核也确定根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也确定是不稳定的。是不稳定的。在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200200多种稳定的原子多种稳定的原子核许久地留了下来。核许久地留了下来。三、
9、结合能三、结合能宏观例子：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，宏观例子：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终撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了引力势能转化为动能最终撞在一起，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，假如要把它们分开，还要重新赐予它们这结合而付出了代价失去了一些能量，假如要把它们分开，还要重新赐予它们这份能量。份能量。概念：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也须要能量，这概念：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也须要能量，这
10、就是原子核的结合能。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，须要通过碰撞、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，须要通过碰撞、施加电场、让氢原子吸取光子等某种途径让它得到施加电场、让氢原子吸取光子等某种途径让它得到13.6eV 13.6eV 的能量。这个能量事实上的能量。这个能量事实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用在原子核中 三、结合能三、结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也须
11、要能量，这就是原子核的结合能。结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而须要的能量。组成原子核的核子越多，它的结合能越高。结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越坚实，原子核越稳定。因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大。三、结合能三、结合能四、质量亏损四、质量亏损 爱因斯坦的质能方程：Emc2，能量变更E=mc2四、质量亏损四、质量亏损质量减小量质量减小量:m=(mp+mn)-mD=0.003910-27kg；能量减小量能量减小量:E=m c2=3.5110-13J=2.19106eV；结合能结合能:E=m c2=
12、2.19MeV；比结合能为比结合能为:E/n=E/2=1.10MeV。当然，当然，2.19MeV的能量的确定数量并不算大，但这只是的能量的确定数量并不算大，但这只是组成组成1个氘核所放出的能量假如组成的是个氘核所放出的能量假如组成的是6.021023个个氘核时，放出的能量就特殊可观了与之相比照的是，氘核时，放出的能量就特殊可观了与之相比照的是，使使1摩的碳完全燃烧放出的能量为摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5103J折合为折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV若跟若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差上述核反应中每个原子可能放出
13、的能量相比，两者相差数十万倍数十万倍核反应中释放或吸取的能量比化学反应中释放或吸取的核反应中释放或吸取的能量比化学反应中释放或吸取的能量大好几个数量级能量大好几个数量级.四、质量亏损四、质量亏损 没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以光子释放出去。没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于光子的动质量。四、质量亏损四、质量亏损 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。中等大小的核最稳定中等大小的核最稳定，因为这些核的因为这些核的比结合能最大比结合能最大（平均每个核子的质量亏损平均每个核子的质量亏损最大最大）。）。四、质量亏损四、质
14、量亏损 使使较重的核分裂较重的核分裂成中等大成中等大小的核，或者把小的核，或者把较小的核合较小的核合并并成中等质量的核；成中等质量的核；因为使较因为使较重的核分裂成重的核分裂成中中等大小的核，或者把等大小的核，或者把较小的较小的核合并核合并成中等大小的核，成中等大小的核，核核子的比结合能都会增加子的比结合能都会增加，即即核子将发生新的质量亏损，核子将发生新的质量亏损，释放新的核能释放新的核能。原子核比结原子核比结原子核比结原子核比结合能越大，合能越大，合能越大，合能越大，原子核内核原子核内核原子核内核原子核内核子平均质量子平均质量子平均质量子平均质量越小。越小。越小。越小。四、质量亏损四、质量
15、亏损A.反反应应后后氘氘核的核的质质量一定小于反量一定小于反应应前前质质子和中子的子和中子的质质量和量和B.反反应应前后前后质质量数不量数不变变，因而，因而质质量不量不变变C.核子核子结结合成核合成核时时，一定，一定释释放核能放核能D.光子具有的能量光子具有的能量为为中子和中子和质质子子结结合成合成氘氘核，同核，同时释时释放放光子，核反光子，核反应应方程方程 ,下列下列说说法正确的是（法正确的是（）为为核反核反应应中的中的质质量量亏亏损损 ACD 四、质量亏损四、质量亏损碳原子质量的碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用叫做原子质量单位，用u表示。试证明表示。试证明1u相当于相当于931MeV。证明：证明：碳原子的摩尔质量为碳原子的摩尔质量为M=12g/mol，所以，所以一个碳原子质量一个碳原子质量为为m=M/NA=1.99310-26kg 所以所以1u=m/12=M/12NA=1.660610-27kg 代入公式代入公式E=mc2得：得：E=1.492410-10J=931MeV 得证得证综合解题方略综合解题方略核能的计算核能的计算