5.3核力與結合能課件高二下學期物理人教版選擇性

第五章原子核第3節(jié)

核力與結合能

一、核力與四種基本相互作用

現(xiàn)代物理學認為，自然界存在著四種基本相互作用，即引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。引力相互作用——萬有引力

萬有引力把行星和恒星聚在一起，組成太陽系、銀河系和其他星系；地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現(xiàn)。一切物體之間都存在引力，但引力主要表現(xiàn)在宏觀和宇宙尺度上。

引力是長程力，且隨距離增大而減弱。電磁相互作用——電磁力

在原子核外，電磁力使電子和原子核結合成分子，使分子結合成液體與固體。

宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等等，都起源于這些電荷之間的電磁相互作用。

電磁力也是長程力，且隨距離增大而減弱。【思考】原子核是由中子和質子構成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？這個力有可能是引力或電磁力嗎？20世紀，物理學家發(fā)現(xiàn)：原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。這種作用稱為強相互作用。強相互作用——核力（強力）

核力是原子核內核子之間存在的相互作用，是強相互作用（強力）的一種表現(xiàn)，它使核子緊密地結合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。

核力是短程力，在約10-15m數(shù)量級時起作用。且距離增大時，急劇減小

核力與電荷無關，且核力具有飽和性，每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用。

19世界末20世紀初，物理學家發(fā)現(xiàn)了放射現(xiàn)象。后來發(fā)現(xiàn)，在某些放射現(xiàn)象中起作用的還有另一種相互作用，稱為弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子

——

質子轉變的原因。弱相互作用——弱力

弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子——質子轉變的原因。

弱相互作用是短程力，比強相互作用更短，只有10-18m。

距離增大時，弱相互作急劇減小，且比強相互作用小得多。

二、結合能

氦原子核由兩個質子和兩個中子憑借核力結合在一起。若要把它們分開，需要吸收能量。

若將4個核子（兩個質子和兩個中子）結合成氦原子核，會放出能量。

研究發(fā)現(xiàn)：把核子分開需要的能量與核子結合放出的能量相等。這個能量叫做原子核的結合能。

結合能：核子結合成原子核時釋放的能量，或原子核分解成核子時吸收的能量，叫做原子核的結合能.

注意：組成原子核的核子數(shù)越多，它的結合能越大。

比結合能：原子核的結合能與核子數(shù)之比叫作比結合能（平均結合能）。

意義：比結合能反映了原子核的穩(wěn)定程度。比結合能越大，核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定?！舅伎肌糠治鰣D像，你能發(fā)現(xiàn)什么？不同原子核的比結合能不一樣；中等質量原子核的比結合能大，原子核比較穩(wěn)定；輕核和重核的比結合能都比中等質量原子核的比結合能小。當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時，就可能釋放核能。例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。

三、質量虧損1905年愛因斯坦提出，物體的能量與它的質量的關系是：E＝mc

21.質能方程對質能方程E＝mc2的理解：(1)質能方程說明一定的質量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。這里所說的能量，是物體所具有的各種能量的總和。(2)物體質量增加,則總能量隨之增加；質量減少,總能量也隨之減少，這時質能方程也寫作

ΔE＝Δmc2。(3)質能方程揭示了質量和能量的不可分割性。但質量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉化。

三、質量虧損【思考】科學家們測出了中子的質量mn=1.6749×10-27kg，質子的質量mp=1.6726×10-27kg，氘核（

）的質量mD=3.343×10-27kg。根據(jù)這些數(shù)據(jù)你能發(fā)現(xiàn)什么？

①核子結合成原子核時，新核質量小于核子的總質量(質量虧損)，同時以光子形式釋放核能；

②原子核分解為核子時，需要吸收一定能量，核子的總質量大于原原子核的質量。虧損質量Δm=組成原子核的核子質量之和-原子核的質量

原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)象叫作質量虧損。2.質量虧損:

【多學一點】核子結合成原子核時存在質量虧損，你想知道虧損的質量去哪兒了嗎？

質量虧損Δm的理解：

所謂的質量虧損并不是這部分質量消失或質量轉變?yōu)槟芰俊?/p>

物體的質量應包括靜止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，

減少的靜止質量轉化為和輻射能量相聯(lián)系的運動質量。（即減小的那部分質量等于γ光子的動質量，以γ光子釋放出去了。）

質量虧損表明原子核存在結合能。3.核能的計算(1)利用平均結合能來計算核能：

核反應前后系統(tǒng)內所有原子核的總結合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。

（原子核的結合能=核子的平均結合能×核子數(shù)）(2)根據(jù)質量虧損計算：計算核反應過程的質量虧損Δm，再根據(jù)質能方程ΔE=Δmc2計算核能。②.若Δm的單位是原子質量單位u，用ΔE=Δm×931.5MeV計算，計算得到的ΔE的單位是MeV。①.若

Δm的單位是千克，c=3×108m/s，則ΔE的單位是焦耳（J）【例1】質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3，真空中光速為c，當質子和中子結合成氘核時，放出的能量是（

D

）A.m3c2

B.(m1+m2)c2C.(m3-m2-m1)c2

D.(m1+m2-m3)c2

B【例3】比結合能可以反映原子核的穩(wěn)定程度。已知氦核的質量為4.0015u，質子的質量為1.0078u，中子的質量為1.0087u，

1u＝931MeV/c2

，c為光速。則氦核的比結合能約為（

C）

A．5MeV

B．6MeV

C．7MeV

D．8MeV【例4】原子核的比結合能隨質量數(shù)變化的圖像如圖，說法正確的是（

D

）A.質量數(shù)越大的原子核，核子結合得越牢固【例5】一個質子和一個中子結合成氘核，同時放出γ光子，核反應方程是