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1、人人教版教版 选择性必修第三册选择性必修第三册 5.35.3核力与结合能核力与结合能 5.45.4核裂变与核聚变核裂变与核聚变 第五章第五章 原子核原子核新知讲解新知讲解问题与思考：问题与思考：原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？新知讲解新知讲解F库库中子中子中子中子 质子质子质子质子 在在核子之间一定存在着第三种力，把核子核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。束缚在核内，形成稳定的原子核。
2、第三种力第三种力核力核力新知讲解新知讲解1.1.核力核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用，也叫强力相互作用，也叫强力）。2.2.特点特点（1 1）核核力力是是四四种种相相互互作作用用中中的的强强相相互互作作用用（强强力力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。（2 2）核核力力是是短短程程力力。约约在在 1010-15-15mm量量级级时时起起作作用用，距距离离大大于于0.8100.810-15-15mm时时为为引引力力,距距离离为为10101010-15
3、-15mm时时核核力力几几乎乎消消失失，距距离离小小于于0.8100.810-15-15mm时时为为斥斥力力，因因此此核核子子不不会会融融合在一起。合在一起。（3 3）核核力力具具有有饱饱和和性性。每每个个核核子子只只跟跟相相邻邻的的核核子子发发生生核核力力作作用用，这这种种性性质质称称之之为为核核力的饱和性。力的饱和性。（4 4）核力核力具有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。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。新知讲解新知讲解（2 2）电电磁磁力力：在在原原子子核核外外，电电磁磁力力使使电电子子结结合合成成分分子子，使使分分子子结结合合成成液液体与固体
4、体与固体。（1 1）万万有有引引力力：引引力力主主要要在在宏宏观观和和宇宇宙宙尺尺度度上上“独独领领风风骚骚”。是是引引力力使使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。（3 3）强相互作用强相互作用：在原子核内，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。（4 4）弱弱相相互互作作用用：弱弱相相互互作作用用是是引引起起原原子子核核 衰衰变变的的原原因因，即即引引起起中中子子质质子子转转变变的的原原因因。弱弱相相互互作作用用也也是是短短程程力力，其其力力程程比比强强力力更更短短，为为10101818mm，作用
5、强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。3.3.四种相互作用四种相互作用新知讲解新知讲解作用对象作用对象作用对象作用对象特点特点特点特点作用范围作用范围作用范围作用范围举例举例举例举例引力相互作用引力相互作用电磁相电磁相互作用互作用强相互强相互作用作用弱相互弱相互作用作用一切物体之间一切物体之间 随距离增大随距离增大而减弱而减弱 长程力，宏观长程力，宏观重力重力电荷间、电流间、电荷间、电流间、磁体间磁体间 引力相互作用引力相互作用长程力，宏观长程力，宏观弹力、摩擦力弹力、摩擦力组成原子核的组成原子核的核子之间核子之间 距离增大时，急距离增大时，急剧减小剧减小 短程力，微观短程力，微观 核力核
6、力基本粒子之间基本粒子之间 距离增大时，急距离增大时，急剧减小，比强相剧减小，比强相互作用小得多互作用小得多基本粒子间基本粒子间的力的力 短程力，微观短程力，微观 引起原子核引起原子核衰变的原因衰变的原因新知讲解新知讲解氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，来，4 4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？关系？思考与讨论：思考与
7、讨论：新知讲解新知讲解二二、结合能、结合能结合能结合能：将将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量原子核拆分成单个核子需要吸收的能量将将单个核子结合成原子核所要放出的能量单个核子结合成原子核所要放出的能量 当当核子核子结合结合成原子核时要成原子核时要放出放出一定能量；原子核一定能量；原子核分解分解成核子时，要成核子时，要吸吸收收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。结合能结合能并并不是不是由于核子结合成原子核而由于核子结合成原子核而具有具有的能量，的能量，而是而是为把核子分为把核子分开而开而需要需要的能量。的能量。组成原子核的组成原子核的核子数核子数，组成
8、原子核的，组成原子核的核子数越多，结合能越大核子数越多，结合能越大。U-235新知讲解新知讲解1.1.比结合能：比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为原子核的结合能与核子数之比称为比结合能比结合能，也叫，也叫平均结合能平均结合能。2.2.理解理解：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，外界提供给每个核子的平均能量。把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。比结合能比结合能结合能结合能核子数核子数=3.3.意义：意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定它反映了一
9、个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。比比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。(1)(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小。比结合能不一定小。(2)(2)判断原子核稳定性，比较比结合能的大小，而不是比较结合能判断原子核稳定性，比较比结合能的大小，而不是比较结合能的大小，比结合能越大，原子核越稳定。的大小，比结合能越大，原子核越稳定。(3)(3)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最核的大小与原子核稳定的关
10、系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。大、原子核最稳定。方法归纳：方法归纳：新知讲解新知讲解三三、质量亏损、质量亏损爱因斯坦给出物体能量与它质量的关系爱因斯坦给出物体能量与它质量的关系已知一个中子和质子可以结合形成一个氘核，中子的质量 mn 为 1.674 910-27 kg，质子的质量 mp 为 1.672 6 10-27 kg，氘核的质量 mD 为 3.343 610-27 kg，你发现了什么？思考与讨论：思考与讨论：求氘核的比结合能新知讲解新知讲解三三、质量亏损、质量亏损原子核的原子核的质量质量小于组成它的核子的质量之小于组成它的核子的质量之和。和。质量亏损质量亏损：质量质量亏
11、损表明原子核内的确存在着结合能。亏损表明原子核内的确存在着结合能。新知讲解新知讲解三三、质量亏损、质量亏损（3 3）核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损(即质量数守恒即质量数守恒),),可理解为可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了瘦了”一些。一些。（2 2）质量和能量之间是不能转化的。质量和能量之间是不能转化的。质量亏损并不是这部分质量消失或转质量亏损并不是这部分质量消失或转化为能量，只是静止质量减少化为能量，只是静止质量减少.并不否定质量守恒定律。并不否定质量守恒定律。（1 1）E=mcE=mc2 2表明表明物
12、体的能量与其质量成正比，物体的能量与其质量成正比，这里所说的总能量指物体所具这里所说的总能量指物体所具有的各种能量的总和。有的各种能量的总和。在核反应中仍然遵守能量守恒定律、质量守恒定律在核反应中仍然遵守能量守恒定律、质量守恒定律.质量是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度质量是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.3 3、说明：、说明：新知讲解新知讲解三三、质量亏损、质量亏损4 4、计算：、计算：根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能计算核能.（1）若若m的的单单位位是是千千克克，则则需需要要将将c3108 m/s代代入入，计计算算得得到到的的E的单位为焦耳的单位为
13、焦耳.（2）若若m的的单单位位是是原原子子质质量量单单位位u，则则可可用用Em931.5 MeV计计算算，即即用用质质量量亏亏损损的的原原子子质质量量单单位位数数乘乘以以931.5 MeV.(1 u质质量量变变化化相当于相当于931.5 MeV)新知讲解新知讲解四四、核裂变、核裂变新知讲解新知讲解四四、核裂变、核裂变1.1.核裂变：物理学核裂变：物理学中把重核中把重核分裂分裂成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫成两个较轻的核时，释放出核能的反应叫做做核裂变。核裂变。+2.2.链式反应链式反应 由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
14、，称为核裂变的链式反应。的过程，称为核裂变的链式反应。二分裂三分裂三分裂三分裂四分裂四分裂概率：概率：铀块大小需要满足临界质量或体积铀块大小需要满足临界质量或体积核反应堆：人工控制链式反应的装置吸收中子、控制反应速率慢中子(石墨、轻水、重水)(浓缩铀)核燃料3 3.反应堆与核电站：反应堆与核电站：四四、核裂变、核裂变新知讲解新知讲解四四、核裂变、核裂变3 3.反应堆与核电站：反应堆与核电站：新知讲解新知讲解六六、核聚变、核聚变核聚变普遍存在于宇宙中氢弹爆炸形成的蘑菇云氢弹爆炸形成的蘑菇云新知讲解新知讲解六六、核聚变、核聚变1.1.核聚变：两个轻核结合成质量较大的核核聚变：两个轻核结合成质量较大
15、的核轻核聚变产能效率高轻核聚变产能效率高燃料氘和氚储量丰富燃料氘和氚储量丰富无废料，更安全、清洁无废料，更安全、清洁新知讲解新知讲解六六、核聚变、核聚变2 2.核聚变条件核聚变条件10-15m核力核力库伦斥力库伦斥力动能大动能大办法：办法：加热到几百万卡尔文加热到几百万卡尔文（热核反应）（热核反应）热核反应一旦发生，就不再续约外界给它能量，靠自身产生的热就会热核反应一旦发生，就不再续约外界给它能量，靠自身产生的热就会反应继续下去。反应继续下去。3.3.可控核聚变的方案可控核聚变的方案磁约束磁约束惯性约束惯性约束激光或激光或X射线射线惯性约束聚变激光惯性约束聚变激光课堂练习课堂练习1 1氦原子核
16、由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则库仑力和核力，则3 3种力从大到小的排列顺序种力从大到小的排列顺序是（是（）A A核力、万有引力、库仑力核力、万有引力、库仑力B B万有引力、库仑力、核力万有引力、库仑力、核力C C库仑力、核力、万有引力库仑力、核力、万有引力D D核力、库仑力、万有引力核力、库仑力、万有引力D2 2下列说法中正确的是（下列说法中正确的是（）A A原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B B对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定
17、的作用对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用C C重核比中等质量的核更稳定重核比中等质量的核更稳定D D两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力B课堂练习课堂练习3 3下列说法正确的是（下列说法正确的是（）A A自由核子结合成原子核时自由核子结合成原子核时,一定遵循质量守恒一定遵循质量守恒B B在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量质量C C发生核反应时发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应是放
18、能反应这个反应是放能反应D D发生核反应时发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应必须吸收能这个反应必须吸收能量才能发生核反应量才能发生核反应C4 4关于质能方程，下列说法中正确的是（关于质能方程，下列说法中正确的是（）A A质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系的数量关系D D某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的