人教版高中物理选修35第19章第5节核力与结合能课件

,物理课室,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第5节 核力与结合能,第5节 核力与结合能,第四节 核力与结合能,目标：,1、知道核力的概念及其性质。,2、认识原子核的结合能,3、了解平均结合能。,4、会利用质能方程求解结合能。,第四节 核力与结合能目标：1、知道核力的概念及其性质。,回顾：,原子核的组成,原子核是由质子和中子,组成,的，质子和中子统称为,核子,第四节 核力与结合能,提出问题：,质子间存在着巨大的库伦斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？,猜想：,万有引力？,回顾：原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统,原子核的组成,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,一,.,原 子 核 的 组 成,10,15,m,元素符号,核力及其性质,原子核的组成中子 质子 统称核子 U,一 核力及其性质,质子相互间距r的数量级为10,-15,m；质子质量m的数量级为10,-27,kg，质子电量e的数量级为10,-19,C；万有引力常量G的数量级为10,-11，,静电力常量k的数量级为10,9。,估算库仑力与万有引力之比？,解：,分析论证,结论：,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。,再猜想：,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。,核力,。,一 核力及其性质质子相互间距r的数量级为10-15m；质子,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,核力具有怎样的特点呢？,二、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核力,2.,核力是短程力,。约在,10,-15,m,量级时起作用，距离,大于,0.810,-15,m,时为引力,距离为,1010,-15,m,时核力几乎消失，距离,小于,0.810,-15,m,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。,要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物,夸克,的相互作用。,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,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。,除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）,*,三、原子核中质子与中子的比例,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。,为什么会这样呢？,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。,*三、原子核中质子与中子的比例自然界中较轻的原子核，质子数与,原子核中质子和中子的比例,稳定的,轻核,（原子序数小于,20,）的,质子数和中子数有何特点,？你能分析其中的,原因,吗？,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。,原子核中质子和中子的比例稳定的轻核（原子序数小于20）的质,稳定的,重核,（原子序数大于,20,）的,质子数和中子数有何特点,？你能分析其中的,原因,吗？,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,。,稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？你,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。,若不断,增大,原子核的,中子数,，能不断,增大原子核吗,？为什么？,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。,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,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。,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,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。,由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一,二 结合能,要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量。,根据功能关系，理由是什么？,二 结合能要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量,由于核子间存在着强大的核力，所以核子,结合,成原子核或原子核,分解,为核子时，都伴随着巨大的能量变化,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。,二、结合能,分解：,结合：,为光子，其能量,2.2MeV,，反应才能发生,由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原,二 结合能,当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生,一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量,结合能：,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,二 结合能当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才,【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？,三 平均结合能,如何才能反映原子核的稳定程度？,U-235,Li-6,【思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？三 平均结合能,三 平均结合能,1）概念：,原子核的结合能与核子数之比,2）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。,2、平均结合能：,结合能,核子数,=,3）意义：,它反映了一个原子核稳定程度。,平均结合能越大，核越稳定。,三 平均结合能1）概念：原子核的结合能与核子数之比2）理解,人教版高中物理选修35第19章第5节核力与结合能课件,从图象上看，哪一种原子的平均结合能更大？,从图象上看，哪一种原子的平均结合能更大？,四、质量亏损,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,问题分析：质子与中子结合成氘核,前后总质量的差异,四、质量亏损中子的质量=1.67491027Kg 问题,四、质量亏损,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,。,可见，核反应前后，总质量并不相等！,四、质量亏损质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成,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？,质量亏损的思考：,E,mc,2,？,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=mc2核子在结合成原子核时出现的,3,、有关问题的理解和注意事项,第一,.,核反应过程中,:,核子结合成原子核时,新核质量,小于,核子的质量,(,质量亏损,),同时以,光子形式,释放核能,;,原子核分解为核子时,需要,吸收一定能量,核子的总质量,大于,原原子核的质量,.,第二,.,核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损,(,即质量数守恒,),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些,.,第三,.,质量亏损并非质量消失,而是减少的质量,m,以能量形式辐射,(,动质量,),因此,质量守恒定律不被破坏,.,3、有关问题的理解和注意事项第一.核反应过程中:第二.核反应,第四,.,公式,E=,m,c,2,的单位问题,国际单位,:,m,用“,kg”C,用“,m/s”,E,用“,J”,常用单位,:,m,用“,u(,原子质量单位,)”,1u=1.66056610,-27,kg,E,用“,uc,2,”,1uc,2,=931MeV,(,表示,1u,的质量变化相当于,931MeV,的能量改变,),P82,问题与练习,3.,第四.公式E=mc2 的单位问题国际单位:m,当然，,2.19MeV,的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成,1,个氘核所放出的能量如果组成的是,6.02,10,23,个氘核时，放出的能量就十分可观了与之相对照的是，使,1,摩的碳完全燃烧放出的能量为,393.5,10,3,J,折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过,4eV,若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍,第五,.,核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级,.,当然，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1,(1),物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系.,对质能方程理解E=mc,2,的理解,四 质能方程 E=mc,2,（2）任何质量为m的物体都具有大小相当于mc,2,的能量。任何一部分能量也都与一定的质量向对应。,（3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。,(1)物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系.对质能,m,1,m,2,m,3,根据质能方程E=mc,2,和能量守恒定律，推导出,光子的能量(即氘核的结合能）,并总结出求结合能的方法。,方法：,计算结合能时，先计算质量亏损,m，在带入质能方程求出结合能,四 质能方程,E=mc,2,E,m1m2m3根据质能方程E=mc2和能量守恒定律，推导出方法,计算结合能时，先计算质量亏损,m，在带入质能方程求出结合能,方法：,推广,推广,计算任意核反应中释放的核能，先计算质量亏损,m，在带入质能方程求出核能。,核能,质量亏损,三 质能方程 E=mc,2,计算结合能时，先计算质量亏损m，在带入质能方程求出结合能方,【讨论与交流】,四 质能方程 E=mc,2,1、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。,下面说法是否正确。并说明理由。,（1）,由质能方程E=mc,2,，可推得E=mc,2,这说明质量就是能量，质量可以转化为能