辽宁省大连市高中物理-第十九章-原子核-19.5-核力和结合能讲义-新人教版选修.ppt

,导入新课,氢原子电子云,氢原子结构,原子核式结构模型,原子核式结构模型,中子和质子构成原子核式结构模型，自从原子核式结构模型提出以后，有一个问题当时还未能得到合理额解释,在原子核那样狭小的空间里，带正电荷的质子为什么能挤在一起而不飞散呢？,第十九章 原子核,第五节核力与结合能,教学目标,1,、知识与技能,知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用。,知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小。,理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。,知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。,2,、过程与方法,会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能,。,培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。,3,、情感态度与价值观,使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力,。,认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。,教学重难点,重点,质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。,难点,结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。,本节导航,一、核力与四种基本相互作用力,三、结合能,二、原子核中质子和中子的比例,四、能量亏损,一、核力和四种相互作用力,中子,质子,统称,核子,U,He,H,1,1,4,2,235,92,X,A,Z,（核）电荷数,质量数,1.,原 子 核 的 组 成,10,15,m,元素符号,核力及其性质,核力,m,p,m,p,库仑力,库仑力,万有引力,万有引力,核力,核子靠什么力结合成原子核？,原子核的半径为,10,-15,m,，只相当于原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子和中子之间的库伦力是很大，万有引力太小，只有库伦力的,10,-36,.,而通常原子核式稳定的，于是核内还应有另一种力吧各种核子紧紧的拉在一起，这个就叫做核力。,1,、,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,。,2,、,核力具有的特点,（,1,）核力是四种相互作用中的,强相互作用（强力）,的一种表现。,（,2,）,核力是短程力。,约在,10-15m,量级时起作用，距离,大于,0.810-15m,时为引力,，距离为,1010-15m,时核力几乎消失，距离,小于,0.810-15m,时为斥力。,（,3,）,核力具有饱和性。,核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。（,4,）,核力具有电荷无关性,。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。,3,、,四种基本相互作用力,弱力、强力、电磁力、引力,和分别在不同的尺度上发挥作用：,弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核,衰变的原因短程力,强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起短程力,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，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体。长程力,引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。长程力,除核力外原子核内还存在,弱相互作用（弱力）。弱力,是引起,中子质子,转变的原因。弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为,10,-18,m,，作用强度则比电磁力小。,二、原子核中质子和中子的比例,随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数。,1,、原子序数和重核、轻核,原子核中的质子数又称为,原子序数,。,周期表中比较靠后的元素对应的原子核叫,重核,，靠前的叫,轻核,。,自然界中较轻的原子核，,质子数与中子数大致相等,，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。,稳定核的质子数和中子数的关系,核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，,中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，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，中子数要比质子数多。,由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，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也无济于事，这样的核必然是不稳定的。,在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有,200,多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。,三、结合能,由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，,或者需要巨大的能量。例如用强大的,光子照射氘核，可以使它分解为,一个质子,和,一个中子,。,分解,:,为光子，其能量,2.2MeV,，反应才能发生,结合,:,可见，由于核子间存在强大的核力，要把原子核拆散成核子，要克服核力做功，必须吸收一定的能量反之，根据能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出同样多的能量。这个能量叫做,原子核的结合能。,结合能可以以光子的形式放出来。,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,需要,的能量或者结合成原子核需要,放出,的能量。,平均结合能,：结合能与核子数之比。,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。,注意,四、质量亏损,质子与中子结合成氘核,前后总质量的差异有什么变化呢？,想一想,g,+,+,H,H,n,2,1,1,1,1,0,中子的质量,=1.674910,27,Kg,质子的质量,=1.672610,27,Kg,中子和质子的质量和,=3.347510,27,Kg,氘核的质量,=3.343610,27,Kg,质量差,=0.003910,27,Kg,可见，核反应前后，总质量并不相等！,1,、质量亏损,原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。,原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。,例,1,、已知中子的质量是,1.674910,-27,Kg,，质子的质量是,1.672610,-27,Kg,氚核的质量是,3.343610,-27,Kg,求：氚核的比结合能。,解：,单个的中子和质子的质量和 为,3.347510,-27,Kg,质量差,=0.003910,-27,Kg,质量差相对应的能量为：,3.5110,-13,J,能量单位常常使用电子伏特,1ev=1.610,-19,J,氚核的比结合能为,1.10Mev,结论：以上等式确实成立，表明,质量亏损与能量变化有着密切的联系,对比爱因斯坦质能方程,E=mc,2,核子,在,结合成原子核,时出现的,质量亏损,m,，与它们在互相结合过程中,放出的能量是否存在某种对应关系呢？,E mc2,？,动画：结合能,课堂小结,1,、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,。,2,、核力具有的特点,:,（,1,）强力。（,2,）核力是短程力。（,3,）核力具有饱和性。（,4,）核力具有电荷无关性。,3,、,四种基本相互作用力,:,弱力、强力、电磁力、引力,4,、原子序数和重核、轻核,原子核中的质子数又称为,原子序数,。,周期表中比较靠后的元素对应的原子核叫,重核,，靠前的叫,轻核,。,核子间存在强大的核力，要把原子核拆散成核子，要克服核力做功，必须吸收一定的能量反之，根据能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出同样多的能量。这个能量叫做,原子核的结合能。,结合能可以以光子的形式放出来。,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。,5,、质量亏损,原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。,原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。,质量亏损与能量变化有着密切的联系。,高考链接,1,、（,2000,全国理科综合,15,）下面正确的说法是 （）,射线粒子和电子是两种不同的粒子 红外线的波长比,X,射线的波长长,粒子不同于氮原子核 ,射线的贯穿本领比,粒子的强,A.B.C.D.,C,2,、（,2003,江苏,1,）下列说法中正确的是,（）,A.,质子与中子的质量不等，但质量数相等,B.,两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力,C.,同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同,D.,除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力,A,3.,（,1996,海南,2,）在垂直于纸面的匀强磁场中，有一原来静止的原子核，该核衰变后，放出的带电粒子和反冲核的运动轨迹分别如图,16-2,所示中,a,、,b,，由图可以判定,(),A,该核反生的是,衰变,B,该核发生的是,衰变,C,磁场方向一定垂直纸面向里,D,磁场方向向里还是向外无法判定,BD,解析：由左手定则，当粒子在磁场中反向运动，若两粒子电性相同，则所形成圆轨迹应外切，电性相反，则所形成的圆轨迹内切，由图知核与粒子电性相反，又因外冲核带正电。所以带电粒子应带负电，即核反应为,衰变，,A,错，,B,正确。,不管磁场方向向里还是向外，电性相反的粒子轨迹都为内切圆，所以,D,正确。故选,B,、,D,。,课堂练习,1,、关于质能方程，下列哪种说法是正确的,(),A,质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量,B,物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加,C,某一定量的质量总是与一定量的能量相联系,D,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,BC,2,、已知氮核的质量为,14.00735u,，氧核的质量为,17.00454u,，氦核的质量为,4.00387u,，质子的质量为,1.00815u,，则核反应,N,He O,H,是,_,（填“释能”“吸能”）反应，能量变化了,_J,。,释能,2.48910,2,2,、裂变反应是目前核能利用中常用的反应。以原子核,235,92,U,为燃料的反应堆中，当,23592U,俘获,个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为,235,92,U+,1,0,n,139,54,Xe+,94,38,Sr+3,1,0,n,反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量,(,以原子质量单位,u,为单位,),。已知,lu,的质量对应的能量为,9.310,2,MeV,，此裂变反应释放出的能量是,MeV,。,1.82 102MeV,B,4,、下列关于核反应的说法正确的是（）,A,爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化。,B,由质能方程可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度。,C,核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的。,D,因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的的总能量不守恒。,教材习题解答,1,、答：,（,1,）核反应涉及四种基本力中的强相互作用，化学反应涉及四种基本力中的电磁相互作用。,（,2,）核反应改变了原子核，化学反应可以改变核外电子的排列，从而改变分子结构。,2,、答：根据质能关系可知，由于光速越大，我们通常看到的物体能量的变化量对应的质量的变化量很小，因此，我们觉察不到质量发生是变化。,3,、证明：将题中所给的数据带入质能方程得到,E=931Mev,4,、解：,1ug,的质量对应的能量为,E=910,7,J,载有学生的直升机升高的距离为,1.0210,3,m,