[新版本]人教教材《核力与结合能》PPT课件.高中物理

三、质量亏损 1.质能方程 物体的能量与它的质量的关系是：E＝ mc2 . 2.质量亏损 原子核的质量 小于 组成它的核子的质量之和的现象.
即学即用
1.判断下列说法的正误.
(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大.( × ) (2)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因.( √ ) (3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量.( × )
第五章 原子核
学习目标
1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用. 2.了解结合能和比结合能的概念. 3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的
计算.
内容索引
NEIRONGSUOYIN
知识梳理 重点探究 随堂演练 课时对点练
知识梳理
一、核力与四种基本相互作用 1.核力：原子核中的 核子 之间存在一种很强的相互作用，即存在一种 核力 ，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核.这种作用 称为 强相互作用 . 2.强相互作用的特点 (1)强相互作用是 短程 力，作用范围只有约 10－15 m. (2)距离增大时，强相互作用急剧 减小 .超过10－15 m，相互作用不存在.
解析 组成α粒子的核子与α粒子的质量差 Δm＝(2mp＋2mn)－mα α粒子的结合能ΔE＝Δmc2 代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J.
重点探究
一、核力与四种基本相互作用 1.核力 (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10－15 m 数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m 时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核 力几乎消失. (3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是 与核内所有核子发生作用.
1、“连通器”是液体压强知识的应用。在进行这一环节时，我首先出示一个连通器，让学生猜想往里面装水后，水面最后会怎样？然后让一名学生上台操作去验证自己的猜想；通过 演示得出连通器的概念及特点。 [学生板演]30m／s＝30×=30× ＝108km/h．
不会融合在一起 (2)物质波：任何一个运动着的物体，小到微观粒子大到宏观物体都有一种波与它对应，其波长λ＝hp，p为运动物体的动量，h为普朗克常量．
命题角度2 核能的计算 例4 一个锂核( 73Li )受到一个质子的轰击，变成两个α粒子.已知质子的 质量是1.672 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质 量是6.646 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s. (1)写出上述核反应的方程； 答案 73Li＋11H→242He
3.弱相互作用 (1)弱相互作用是引起原子核 β 衰变的原因，即引起中子—质子转变的 原因. (2)弱相互作用是 短程 力，其力程只有 10－18 m. 4.四种基本相互作用
更短
电磁力 万有引力
二、结合能 1.结合能 原子核是 核子 凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要 能量 ，这就是原子核的结合能. 2.比结合能 原子核的结合能与 核子数 之比，叫作比结合能，也叫作 平均 结合能. 比结合能越大，原子核中核子结合得越 牢固 ，原子核越 稳定 ._中__等__ 大小 的核的比结合能最大，最稳定.
(1)测质量：用天平测出滑块质量． 若人船系统在全过程中动量守恒，则这一系统在全过程中的平均动量也守恒．如果系统由两个物体组成，且相互作用前均静止，相互作用后均发生运动，则由m1v1＝－m2v2得
D.人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10 m时核力的变化 －15 m1x1＝－m2x2.该式的适用条件是：
总结提升
核能的计算方法 1.根据质量亏损计算 (1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm. (2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能. ①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s代入，计算得到的ΔE的 单位为焦耳. ②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算， 即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV.(1 u相当于931.5 MeV)
63Li 核比结合能大，则更稳定，选项 A 正确. 根据图像知42He 核的比ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合能约为 7 MeV， 所以结合能 ΔE＝7×4 MeV＝28 MeV，故 B 错误. 由题图可知21H 的比结合能约为 1 MeV，则21H 核结合能为 2 MeV；42He 核 的比结合能为 7 MeV，结合能为 28 MeV，则两个21H 核结合成42He 核时 放出能量，选项 C 错误. 由题图图像可知，23952U 核中核子的平均结合能比8396Kr 核中的小，选项 D 错误.
二、结合能和比结合能
结合能
把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时 放出的能量
等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反 比结合能
映了原子核的稳定程度
不同原子核的比结合能随质量
数变化图线如图所示
比结合能曲线 从图中可看出，中等大小的核
的比结合能最大，轻核和重核
的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小
(1)行星A和行星B的密度之比ρA∶ρB.
（组织学生讨论）说明：水对侧面有压强。
(2)构成系统的两物体原来静止，因相互作用而反向运动．
(2)近似守恒：系统受到的合力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒．
比较(2)解、(3)析结果可以看由出，爱水对箱因底的斯压力坦并不等质于水能的总方重力。程得ΔE＝Δmc2＝3×4.002 6 u－12.000 0
[生]可以把km／h化成m／s．72km／h就是72个1 km／h，1 km就是103m，1 h就是3600s等量代换以后，进行计算就可以换算成m／s.
规律更清楚
解析 核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15 m之 内，核力比库仑力大得多，选项B正确，A错误； 核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距 离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起， 选项C正确； 人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们正在奋力攻克的堡垒， 选项D错误.
命题角度1 爱因斯坦质能方程的理解 例3 下列有关质能方程的说法中，正确的是 A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互
转化
√B.由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质
量作为它所蕴藏的能量的量度 C.核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量 D.因为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、
三、质量亏损 核能的计算 1.质量亏损Δm的理解 所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的 过程中以能量的形式辐射出去了.反过来，把原子核分裂成核子，总质 量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给.
2.质能方程E＝mc2的理解 (1)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比.物体质量增加，则总 能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作 ΔE＝Δmc2. (2)运用质能方程时应注意单位.一般情况下，公式中各量都应取国际单 位制单位.但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常 用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1 u对应 931.5 MeV能量.
解析 该核反应方程为73Li＋11H→242He
(2)计算上述核反应释放的能量. 答案 2.691×10－12 J
解析 核反应的质量亏损Δm＝mLi＋mp－2mα ＝(11.650 5×10－27＋1.672 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝2.99×10－ 29 kg 释放的能量 ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2 J＝2.691×10－12 J.
2.利用比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统内 所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差， 就是该核反应所释放(或吸收)的核能.
针对训练 (多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成一个126C ，126C 原子核
的质量是12.000 0 u，42He 原子核的质量是4.002 6 u，已知1 u的质量对应
[放录像9] 31.5 MeV的能量，则此核反应所释放的核能约为
(3)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．
√A.7.265 7 eV B.5.265 7 eV 反冲运动中机械能往往不守恒．
单色光通过单缝后，经双缝产生稳定的干涉图样，图样中相邻两条亮(暗)纹间距Δx与双缝间距d、双缝到屏的距离l、单色光的波长λ之间满足λ＝dΔx/l. (2)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子，在元素周期表中的位置相同，同位素具有相同的化学性质．
例2 (2020·济宁一中高二期中)原子核的比结合能曲线如图1所示.根据 该曲线，下列判断正确的有
√A.42He 核比63Li 核更稳定
B.42He 核的结合能约为 14 MeV
C.两个21H 核结合成42He 核时吸收能量
D.23952U 核中核子的平均结合能比8396Kr 图1
核中的大
解析 比结合能越大，核越稳定，42He 核比
(4)比结合能越大，原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大.
(×)
2.已知α粒子( 42He )是由2个质子、2个中子组成的，取质子的质量mp＝ 1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα ＝ 6.646 7×10 － 27 kg ， 光 速 c ＝ 3.0×108 m/s. 则 α 粒 子 的 结 合 能 为 _4_._3_×_1_0_－__12__J__.(结果保留两位有效数字)
2.四种基本相互作用的作用尺度 (1)在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起. (2)在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结 合成分子，使分子结合成液体和固体. (3)万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着 恒星运行，并且联系着星系团.
例1 (多选)对于核力，以下说法正确的是
系统的总能量和总质量并不守恒
解析 E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存 在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A 项错误，B项正确； 核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质 量突变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项错误； 在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在 方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误.
u＝
0.007 8 u＝7.265 7 MeV＝7.265 7×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，故
A、C正确.
随堂演练
1.(核力的特点)(多选)关于核力，下列说法中正确的是 A.核力是一种特殊的万有引力 B.原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子
和中子之间则没有核力作用
√C.核力是原子核稳定存在的原因 √D.核力是一种短程强相互作用
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解析 核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核 子间的强相互作用，作用范围约1.5×10－15 m，原子核的半径数量级 为10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定 存在的原因，故选C、D.
5、液体的压强与液体的密度有关，在深度相同时，液体密度越大，压强大。
√C.1.16×10 J 结合题意，该星球半径是地球半－径的124倍．
Gmm′R2m＝m′4π2T20Rm，解得m＝4π2R3mGT20
D.1.16×10－9 J
(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．
A.核力是弱相互作用力，作用力很小
1．能用速度描述物体的运动．
√B.核力是强相互作用的表现，是强力 1．核力
(3)矢量性：动量变化量方向与合力的方向相同，可以在某一方向上用动量定理． ②结合光速不变原理，分析光传播到两个事件所用的时间．
√C.核子之间的距离小于0.8×10 m时，核力表现为斥力，因此核子 －15 2．反冲