《核力和结合能》PPT课件.ppt

《《核力和结合能》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《核力和结合能》PPT课件.ppt（36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、第1页 第1页 第五节第五节 核力和结合能核力和结合能第2页 第2页 知识梳理图知识梳理图第3页 第3页 【知识点】【知识点】1.核力核力 2.结合能结合能 3.质量亏损质量亏损 质能方程质能方程情景设置情景设置原子核很小原子核很小,结构却十分复杂结构却十分复杂,除氢核外其他各种元素的原子除氢核外其他各种元素的原子核中既有带正电的质子核中既有带正电的质子,又有不带电的中子又有不带电的中子.那么质子间的那么质子间的静电斥力为什么没把它们驱散开来静电斥力为什么没把它们驱散开来?第4页 第4页 深化探究深化探究一一 核力核力1.四种基本相互作用四种基本相互作用自然界存在四种基本相互作用自然界存在四种

2、基本相互作用:(1)引力相互作用引力相互作用 (2)电磁相电磁相互作用互作用 (3)强相互作用力强相互作用力(强力强力)(4)弱相互作用力弱相互作用力2.核力核力:组成原子核的相邻的核子之间存在着一种特殊的力组成原子核的相邻的核子之间存在着一种特殊的力,叫叫做核力做核力.第5页 第5页 核力的特点核力的特点(1)核力是强相互作用核力是强相互作用(强力强力)的一种表现的一种表现,在它的作用范围内在它的作用范围内,核力比库仑力大得多核力比库仑力大得多.(2)核力是短程力核力是短程力,作用范围在作用范围在1.510-15 m内内,核力在大于核力在大于0.810-15 m时时,表现为吸引力表现为吸引力

3、,且随距离的增大而减小且随距离的增大而减小,超超过过1.510-15 m,核力急剧下降几乎消失核力急剧下降几乎消失;而在距离小于而在距离小于0.810-15 m时时,核力表现为斥力核力表现为斥力,因此核子不会融合在一因此核子不会融合在一起起.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用,这种性质称为这种性质称为核力的饱和性核力的饱和性.第6页 第6页 二二 原子核中质子和中子的比例原子核中质子和中子的比例1.轻核与重核的比例轻核与重核的比例自然界中较轻的原子核自然界中较轻的原子核,质子和中子数大致相等质子和中子数大致相等,较重的原子较重的原子核核,中子数大于质

4、子数中子数大于质子数,越重的两者相差越多越重的两者相差越多.第7页 第7页 2.对质子和中子比例的解释对质子和中子比例的解释原子核越大原子核越大,有些核子之间的距离越来越远有些核子之间的距离越来越远,随着距离的增加随着距离的增加,核力与电磁力都会减小核力与电磁力都会减小,但核力减小得更快但核力减小得更快,所以所以,原子核原子核大到一定程度时大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它相距较远的质子间的核力不足以平衡它们的库仑力们的库仑力,这种原子核是不稳定的这种原子核是不稳定的.这时这时,不再成对地增不再成对地增加质子和中子加质子和中子,而只有增加中子而只有增加中子,中子与其他核子没有库

5、仑中子与其他核子没有库仑力力,但有相互吸引的核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有助于维系原子核的稳定.由于这个原因稳定的重原子核里由于这个原因稳定的重原子核里,中子数要比质子数多中子数要比质子数多.由由于核力的作用范围是有限的于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性以及核力的饱和性.如果我们如果我们继续增大原子核继续增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用核力的作用,这时即使再增加中子这时即使再增加中子,形成的核也一定是不稳形成的核也一定是不稳定的定的.第8页 第8页 三三 结合能结合能1.结合能结合能:核子结合成原子核时

6、放出能量或原子核分解成核子核子结合成原子核时放出能量或原子核分解成核子时要吸收能量时要吸收能量,都叫原子核的结合能都叫原子核的结合能.例如例如:用光子照射氘核用光子照射氘核(21H),只有入射光的能量等于或大于只有入射光的能量等于或大于2.2MeV时时,才能使它分解为质子和中子才能使它分解为质子和中子.反过来反过来,使一个质使一个质子和一个中子结合成氘核子和一个中子结合成氘核,会放出会放出2.2 MeV的能量的能量,因此氘因此氘核的结合能为核的结合能为2.2 MeV2.比结合能比结合能:原子核的结合能与其核子数之比原子核的结合能与其核子数之比,称为比结合能称为比结合能,也叫平均结合能也叫平均结

7、合能.第9页 第9页 3.比结合能与原子核的稳定性比结合能与原子核的稳定性(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度,比比结合能越大结合能越大,原子核就越难拆开原子核就越难拆开,原子核就越稳定原子核就越稳定.(2)核子数较少的轻核和核子数较多的重核核子数较少的轻核和核子数较多的重核,比结合比结合能都比较小能都比较小,中等核子数的原子核中等核子数的原子核,比结合能较大比结合能较大,表示这些原子较稳定表示这些原子较稳定.(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时原子核时,就可以释放核能就可以释放核能.第

8、10页 第10页 四四 质量亏损和质能方程质量亏损和质能方程1.质量亏损质量亏损:组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差差,叫做核的质量亏损叫做核的质量亏损.2.质能方程质能方程:原子核释放能量时原子核释放能量时,要产生质量亏损要产生质量亏损,物体的能量物体的能量和能量之间的关系是和能量之间的关系是E=mc2或或E=mc2这就是爱因斯坦质能方程这就是爱因斯坦质能方程,因此在计算核能时因此在计算核能时,可以通过计算可以通过计算质量亏损质量亏损m再代入质能方程求出核能再代入质能方程求出核能.第11页 第11页 注意注意:爱因斯坦的质能方程反映的是质量

9、亏损和释放出的核能这两种现象爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出的核能这两种现象的联系的联系,并不表示质量和能量间的转化关系并不表示质量和能量间的转化关系.对质量亏损对质量亏损,切忌不能误切忌不能误解为部分质量转化成了能量解为部分质量转化成了能量,质能方程的本质是质能方程的本质是:第一第一,质量或能量是质量或能量是物质的属性之一物质的属性之一,决不能把物质和它的某属性决不能把物质和它的某属性(质量或能量质量或能量)等同起来等同起来;第二第二,质能方程揭示了质量和能量不可分割性质能方程揭示了质量和能量不可分割性,方程建立了两个属性在方程建立了两个属性在数值上的关系数值上的关系,这两个量分别

10、遵守质量守恒和能量守恒这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒,质量和能量在质量和能量在数值上联系决不等于这两个量可以相互转化数值上联系决不等于这两个量可以相互转化;第三第三,质量亏损不是否定质量亏损不是否定了质量守恒定律了质量守恒定律,根据爱因斯坦的相对论根据爱因斯坦的相对论,辐射出的辐射出的光子静质量虽然光子静质量虽然为零为零,但它有动质量但它有动质量,而且这个动质量刚好等于亏损的质量而且这个动质量刚好等于亏损的质量,所以质量所以质量守恒守恒,能量守恒仍成立能量守恒仍成立.第12页 第12页 典例分析典例分析一一 对四种基本作用的理解对四种基本作用的理解例例1:科学研究表明科学研究表明,自然界存

11、在四种基本相互作用自然界存在四种基本相互作用,我们知道我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力分子之间也存在相互作用的引力和斥力,那么分子力实质那么分子力实质上属于上属于()A.引力相互作用引力相互作用B.电磁相互作用电磁相互作用C.强相互作用和弱相互作用的共同作用强相互作用和弱相互作用的共同作用D.四种基本相互作用的共同作用四种基本相互作用的共同作用第13页 第13页 解析解析:分子作用范围约在分子作用范围约在10-10m数量级上数量级上,强相互作用和弱相强相互作用和弱相互作用都是短程作用力互作用都是短程作用力,作用范围在作用范围在10-15 m和和10-18 m之内之内,在这个距离内不存

12、在分子力在这个距离内不存在分子力,在这个范围内引力作用和电在这个范围内引力作用和电磁作用都存在磁作用都存在,但由于电磁力远大于万有引力但由于电磁力远大于万有引力,引力作用可引力作用可以忽略不计以忽略不计,因此分子力本质上属于电磁相互作用因此分子力本质上属于电磁相互作用.答案答案:B第14页 第14页 二二 对核力对核力 原子核内核子比例的理解原子核内核子比例的理解例例2:对核子结合成原子核的下列说法正确的是对核子结合成原子核的下列说法正确的是()A.原子核内的核子间均存在核力原子核内的核子间均存在核力B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力原子核内的质子间均存在核力和库仑力C.当几个核子靠近到核

13、力作用的范围而结合为原子当几个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时核时,其间其间“势能势能”一定减小一定减小D.对质子数较多的原子核对质子数较多的原子核,其中的中子起到增加核力其中的中子起到增加核力 维系原子稳定的作用维系原子稳定的作用第15页 第15页 解析解析:由于核力是近程力由于核力是近程力,只会发生在相邻的核子之间只会发生在相邻的核子之间,由此由此可知可知A B选项错误选项错误;当几个核子靠近到核力作用范围内当几个核子靠近到核力作用范围内,距距离大于离大于0.810-15 m,核力表现为引力核力表现为引力,在此过程中核力必做在此过程中核力必做正功正功,其间势能必定减小其间势能必定减

14、小,形成原子核后一般不小于形成原子核后一般不小于0.810-15 m,故故C正确正确;对质子数较多的原子核对质子数较多的原子核,由于只有由于只有相邻的核子之间才有核力相邻的核子之间才有核力,但各个质子间均有很强的库仑但各个质子间均有很强的库仑斥力斥力.随着质子数的增加其库仑力增加随着质子数的增加其库仑力增加,对于稳定的原子核对于稳定的原子核,必须存在较多的中子才能维系二者的平衡必须存在较多的中子才能维系二者的平衡,故故D选项正确选项正确.答案答案:CD第16页 第16页 巩固练习巩固练习1:关于原子核的组成关于原子核的组成,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.核力可使一些中子组成原子核核力

15、可使一些中子组成原子核B.核力可使较多的质子组成原子核核力可使较多的质子组成原子核C.不存在只有质子的原子核不存在只有质子的原子核D.质量较大的原子核内一定含有中子质量较大的原子核内一定含有中子第17页 第17页 解析解析:由于原子核带正电由于原子核带正电,不存在只有中子的原子核不存在只有中子的原子核,但核力但核力也不能把较多的质子聚集在一起组成原子核也不能把较多的质子聚集在一起组成原子核,原因是核力原因是核力为短程力为短程力.质子之间存在着质子之间存在着“长程力长程力”库仑力库仑力,故故A B选项选项错误错误;自然界中存在只有质子的原子核自然界中存在只有质子的原子核,如如11H,故故C选项错

16、选项错误误;较大质量的原子核内只有存在一些中子较大质量的原子核内只有存在一些中子,才能消弱库仑才能消弱库仑力维系原子核的稳定力维系原子核的稳定,故故D选项正确选项正确.答案答案:D第18页 第18页 三三 对质量亏损和质能方程的理解对质量亏损和质能方程的理解例例3:对于爱因斯坦提出的质能方程对于爱因斯坦提出的质能方程E=m5c2,下列说法正确的下列说法正确的是是()A.获得一定的能量获得一定的能量,质量也相应的增加一定的值质量也相应的增加一定的值B.物体一定有质量物体一定有质量,但不一定有能量但不一定有能量,所以质能方程仅是某种所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系特殊条件下的数量关系C.根

17、据根据E=m5c2,可知质量减少能量就会增加可知质量减少能量就会增加,在一定条件在一定条件下质量转化为能量下质量转化为能量D.根据根据E=m5c2可以计算核反应中释放的核能可以计算核反应中释放的核能第19页 第19页 解析解析:根据质能方程根据质能方程E=m5c2表明一定的质量和一定的能量是相联系的表明一定的质量和一定的能量是相联系的,当物体获得一定的能量当物体获得一定的能量,即能量增加某一定值时即能量增加某一定值时,它的质量也相应地增它的质量也相应地增加一定值加一定值,这种关系在任何条件下都成立这种关系在任何条件下都成立,故故A选项正确选项正确,B选项错误选项错误;根根据据E=m5c2可以计

18、算核反应中释放的能量可以计算核反应中释放的能量,释放的能量并非由质量释放的能量并非由质量转化而来的转化而来的,故故C选项错误选项错误,D选项正确选项正确.答案答案:AD点评点评:核反应中的质量亏损核反应中的质量亏损,并不是这部分质量消失或质量转化为能量并不是这部分质量消失或质量转化为能量,物物体的质量应包括静止质量和运动质量体的质量应包括静止质量和运动质量,质量亏损是静止质量的减少质量亏损是静止质量的减少,减减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量.另外另外,质量亏损也质量亏损也不是核子数的减小不是核子数的减小,核反应中核子数是不变的核反应中核

19、子数是不变的.第20页 第20页 巩固练习巩固练习2:中子中子n,质子质子p,氘核氘核D的质量分别为的质量分别为mn mp mD,现用能量为现用能量为E的的射线照射静止的氘核使之分射线照射静止的氘核使之分解解,反应方程为反应方程为+Dp+n,若分解后的中子若分解后的中子,质子质子的动能可视为相等的动能可视为相等,则中子的动能为则中子的动能为()A.(mD-mn-mp)c2-EB.(mp+mn-mD)c2-EC.(mD-mn-mp)c2+ED.(mp+mn-mD)c2+E第21页 第21页 解析解析:核反应过程中的质量亏损核反应过程中的质量亏损 m=mD-mp-mn核反应过程中释放的能量核反应过

20、程中释放的能量 E=mc2=(mD-mp-mn)c2质子和中子的总能量为质子和中子的总能量为E+E,中子的动能是总能的一半中子的动能是总能的一半,则则C选项正确选项正确.答案答案:C第22页 第22页 梯度练习梯度练习基础强化基础强化1.对核力的认识对核力的认识,下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A.任何物体之间均存在核力任何物体之间均存在核力B.核力存在于原子核内各核子之间核力存在于原子核内各核子之间C.核力只发生在相距核力只发生在相距1.510-15 m的核子之间的核子之间,大于大于0.810-15 m为吸引力为吸引力,而小于而小于0.810-15 m为斥力为斥力D.核力只存在于质子

21、与质子之间核力只存在于质子与质子之间答案答案:C第23页 第23页 2.核子结合成原子核或原子核分解为核子时核子结合成原子核或原子核分解为核子时,都伴随都伴随着巨大的能量变化着巨大的能量变化,这是因为这是因为()A.原子核带正电原子核带正电,电子带负电电子带负电,电荷间存在很大的库电荷间存在很大的库仑力仑力B.核子具有质量且相距很近核子具有质量且相距很近,存在很大的万有引力存在很大的万有引力C.核子间存在着强大的核力核子间存在着强大的核力D.核子间存在着复杂的磁力核子间存在着复杂的磁力答案答案:C第24页 第24页 3.关于原子核中质子和中子的说法关于原子核中质子和中子的说法,正确的是正确的是

22、()A.原子核中质子数和中子数一定相等原子核中质子数和中子数一定相等B.稳定的重原子核里稳定的重原子核里,质子数比中子数多质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的原子核都是非常稳定的D.由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性,不可能不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在无节制的增大原子核而仍稳定存在第25页 第25页 解析解析:原子核中质子数和中子数不一定相等原子核中质子数和中子数不一定相等,特别是原子序数特别是原子序数越大的原子核中越大的原子核中,中子数比质子数多中子数比质子数多,且原子序数大的和小且原子序数大的和小的都没有中等质量原子稳定的都没有

23、中等质量原子稳定,故故A、B、C选项错误选项错误.又由于又由于核力是极短程力及饱和性的特点核力是极短程力及饱和性的特点,使原子核不可能无节制使原子核不可能无节制的增大的增大,故故D选项正确选项正确.答案答案:D第26页 第26页 4.对于公式对于公式E=mc2下列说法正确的是下列说法正确的是()A.能量可以转化成质量能量可以转化成质量B.质量可以转化成能量质量可以转化成能量C.能量的转化与质量的转化是成比例的能量的转化与质量的转化是成比例的D.在核反应中在核反应中,能量与质量都不守恒能量与质量都不守恒答案答案:C第27页 第27页 5.质子质子 中子中子 氘核的质量分别为氘核的质量分别为m1

24、m2 m3,那么质子和中子那么质子和中子结合成氘核时放出的能量是结合成氘核时放出的能量是()A.m3c2 B.(m1+m2)c2C.(m1+m2-m3)c2 D.(m3-m1-m2)c2答案答案:C第28页 第28页 能力提升能力提升6.对于结合能对于结合能 比结合能的认识比结合能的认识,下列说法正确的是下列说法正确的是()A.一切原子核均具有结合能一切原子核均具有结合能B.自由核子结合成原子核自由核子结合成原子核,可能吸收能量可能吸收能量C.结合能越大的原子核越稳定结合能越大的原子核越稳定D.比结合能越大的原子核越稳定比结合能越大的原子核越稳定第29页 第29页 解析解析:自由核子结合成原子

25、核的过程自由核子结合成原子核的过程,核力做正功核力做正功,释放出能释放出能量量,反之反之,将原子核分开变为自由核子将原子核分开变为自由核子,它将赋予相应的能它将赋予相应的能量量,该能量即为结合能该能量即为结合能,故故A正确正确.B错误错误;对核子较多的原子对核子较多的原子核结合能越大核结合能越大,但它的比结合能不一定大但它的比结合能不一定大,比结合能越大的比结合能越大的原子核越稳定原子核越稳定,故故C选项错误选项错误,D选项正确选项正确.答案答案:AD第30页 第30页 7.关于核力的说法正确的是关于核力的说法正确的是()A.核力同万有引力没有区别核力同万有引力没有区别,都是物体间的作用都是物

26、体间的作用B.核力与电荷有关核力与电荷有关C.核力是弱相互作用核力是弱相互作用,作用力很小作用力很小D.核力是强相互作用核力是强相互作用,是强力是强力答案答案:D第31页 第31页 8.(2008全国高考全国高考)中子和质子结合成氘核时中子和质子结合成氘核时,质量亏损为质量亏损为m,E=mc2=2.2 MeV是氘核的结合能是氘核的结合能.下列说法正确的是下列说法正确的是()A.用能量小于用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时的光子照射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子氘核不能分解为一个质子和一个中子和一个中子B.用能量等于用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时的光子照射静止氘核时,

27、氘核可能分解为一个质子氘核可能分解为一个质子和一个中子和一个中子,它们的动能之和为零它们的动能之和为零C.用能量大于用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子氘核可能分解为一个质子和一个中子和一个中子,它们的动能之和为零它们的动能之和为零D.用能量大于用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子氘核可能分解为一个质子和一个中子和一个中子,它们的动能之和不为零它们的动能之和不为零第32页 第32页 解析解析:中子和质子结合成氘核所释放的能量或氘核分解成质中子和质子结合成氘核所释放的能量或氘核分解成质子和中子

28、所吸收的能量都相等子和中子所吸收的能量都相等,即为此反应的结合能即为此反应的结合能,根据根据动量守恒动量守恒,用光子照射静止的氘核用光子照射静止的氘核,系统的总动量不为零系统的总动量不为零,故照射后总动量也不能为零故照射后总动量也不能为零,则总动能亦不能为零则总动能亦不能为零,故故A、D选项正确选项正确.答案答案:AD第33页 第33页 9.2个质子和个质子和1个中子结合成氦个中子结合成氦3(32He)反应方程式为反应方程式为:211H+10n32He.已知每个质子质量为已知每个质子质量为1.007277u,中子质中子质量为量为1.008665u,氦核的质量为氦核的质量为3.002315u,求

29、求32He的结合能的结合能.(已知已知1u=1.660610-27kg)解析解析:求出反应过程中的质量亏损求出反应过程中的质量亏损,再由爱因斯坦的质能方程再由爱因斯坦的质能方程即可求解即可求解.粒子结合前后的质量亏损粒子结合前后的质量亏损m=2mH+mn-m=0.020904u由质能方程由质能方程E=mc2=0.0209041.660610-27(3.00108)2J=3.119810-12 J答案答案:3.119810-12 J第34页 第34页 10.一个原来静止的锂核一个原来静止的锂核(63Li)俘获一个速度为俘获一个速度为7.7104 m/s的的中子后中子后,生成一个氚核和一个氦核生成

30、一个氚核和一个氦核,已知氚核的速度大小为已知氚核的速度大小为1.0103 m/s,方向与中子的运动方向相反方向与中子的运动方向相反.(1)试写出核反应方程试写出核反应方程.(2)求出氦核的速度求出氦核的速度.(3)若让一个氘和一个氚核发生聚变若让一个氘和一个氚核发生聚变,可产生一个氦核同时放可产生一个氦核同时放出一个中子出一个中子,求这个核反应释放出的能量求这个核反应释放出的能量,(已知氘核质量已知氘核质量mD=2.014102u,氚核质量为氚核质量为mT=3.016050u,氦核的质量氦核的质量m=4.002603u,中子质量中子质量mn=1.008665u,=1.660610-27 kg).第35页 第35页 解析解析:(1)63Li+10n31H+42He(2)由动量守恒由动量守恒mnv0=-mTv1+mv2v2=2104 m/s第36页 第36页 (3)质量亏损为质量亏损为m=mD+mT-m-mn=0.018884u=3.13610-29 kg根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程E=mc2=3.13610-29(3108)2 J=2.8210-12 J答案答案:(1)63Li+10n31H+42He (2)2104 m/s (3)2.8210-12 J