高中物理 第19章 第5节 核力与结合能课件 新人教版选修3-5

质能方程
1.质量亏损 组成原子核的_核__子__的总质量与新__原__子__核__的质量之差， 叫做核的质量亏损。 2．质能方程 E＝__m_c_2_(或ΔE＝_Δ_m__c_2) 这就是著名的爱因斯坦质能方程。
重点难点突破
一、对原子核稳定性的理解 1．原子的稳定性 原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常 小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑 力，原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加质子和中 子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相 互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性。
答案：D
对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( ) A．核子结合为原子核时，一定释放能量 B．核子结合为原子核时，可能吸收能量 C．结合能越大的原子核越稳定 D．比结合能越大的原子核越稳定 答案：AD
解析：由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功， 释放出能量。反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收 相应的能量，该能量即为结合能，故 A 正确，B 错误；对核子 较多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结 合能的大小反映了原子核的稳定性，故 C 错误，D 正确。
三、结合能的计算方法 1．根据质量亏损计算 (1)根据核反应方程，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。 其中 Δm 的单位是千克，ΔE 的单位是焦耳。
2．利用原子质量单位 u 和电子伏特计算 (1)明确原子单位 u 和电子伏特之间的关系 1u＝1.6606×10－27kg,1eV＝1.602178×10－19J 由 E＝mc2 得 E＝1.6606×110.－62×7×102－.19998×1082eV＝931.5MeV (2)根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5MeV 的能量，用核 子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以 931.5MeV， 即 ΔE＝Δm×931.5MeV。 其中 Δm 的单位是 u，ΔE 的单位是 MeV。
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【学习力-学习方法】
优秀同龄人的陪伴 让你的青春少走弯路 第十九章 第五节
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忙忙叨叨，起早贪黑， 上课认真，笔记认真， 小A 就是成绩不咋地……
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1.核力 组成 原子核的__每__个__相__邻__核__子___之间存 在着一种特殊的 力，这种力叫做核力。 2．核力的性质 核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。 (1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围 内，核力比库仑力__大__得__多__。
(2)核力是短程力，作用范围在_1_.5_×__1_0_－__15_m 之内，核力在 大于 0.8×10－15m 时表现为_吸__引__力，且随距离增大而减小，超 过 1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于 0.8×10 －15m 时，核力表现为_斥__力__，因此核子不会融合在一起。
对结合能与比结合能的理解
下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的 有( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放 出的能量称为结合能
B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一 定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结 合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
考点题型设计
对核力的认识
对于核力，以下哪些说法是正确的( ) A．核力是弱相互作用，作用力很小 B．核力是强相互作用，是强力 C．核子之间的距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥 力，因此核子不会融合在一起 D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15m 时，核力的变化规律更清楚
结合能
1.结合能 核子结合成原子核时_放__出__的能量，或原子核分解成核子 时_吸__收__的能量，都叫做原子核的结合能。 2．比结合能 原子核的结合能与其_核__子__数___之比，称做比结合能。 3．比结合能与原子核的稳定性 比结合能的大小能够反映核的稳定程度，__比__结__合__能越 大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定。
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第十九章 原子核
第十九章 第五节 核力与结合能
1 学习目标定位 2 课堂情景切入 3 知识自主梳理
4 重点难点突破 5 考点题型设计 6 课时作业
学习目标定位
※
知道核力及其作用过程
※ 了解原子核中质子与中子的比例
※※
掌握结合能与质量亏损
3．根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量 和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能 的变化。 4．利用平均结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子的平均结合能×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，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。
点评：根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程，反 冲核速度和质量亏损依据以下思路：
动量 反冲核 释放的 质量 守恒 ―→ 的速度 ―→ 核能 ―→ 亏损
已知：氮核质量 MN＝14.00753u，氧 17 核的质量为 MO＝ 17.004 54u，氦核质量 MHe＝4.003 87u，氢核质量为 MH＝1.008 15u。
2．核力的饱和性 稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子的作 用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子 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。所以，原子核 大小也受到限制。
特别提醒： 核力与带电荷情况无关。无论是质子间、中子间、质子和 中子间均存在核力，且是相同的。
结合能和质量亏损的计算
一Hale Waihona Puke 止的氡核(Rn)发生α衰变，放出一个速度 为v0，质量为m的α粒子和一个质量为M的反冲核钋(Po)，若氡 核发生衰变时，释放的能量全部转化为α粒子和钋核的动能。
(1)写出衰变方程； (2)求出反冲核的速度；(计算结果不得使用原子量表示) (3)求出这一衰变过程中亏损的质量。(计算结果不得使用 原子量表示)
为什么核子不能融合在一起？ 答案：核子间存在核力，当核力的作用范围小于0.8×10 －15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
二、对质量亏损和质能方程的理解 1．对质量亏损的理解 (1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏 损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包 括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的 静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。 (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是 不变的。
(3)质能方程的本质： ①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的 某一属性(质量和能量)等同起来； ②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了 这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能 量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相 互转化； ③质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相 对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且 这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍 成立。
2．对质能方程E＝mc2的理解 (1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系 的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等 于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物 体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能 量的总和。 (2)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。
特别提醒： (1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中 质量亏损是静止的质量减少，辐射γ光子的运动质量刚好等于 亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒。 (2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。
如图所示是原子核转变示意图。
(1)在核反应过程中遵循什么规律？ (2)核反应过程中质量守恒吗？ 答案：(1)核反应前后质量守恒和能量守恒 (2)守恒
答案：BC
关于核力的说法正确的是( ) A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用 B．核力就是电磁力 C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内 D．核力与电荷有关 答案：C 解析：核力是短程力，超过1.5×10－15m，核力急剧下降 几乎消失，故C对，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B 不对，核力与电荷无关，故D错。
解析：核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在 1.5×10－15m之内，核力比库仑力大得多。因此，选项B正确， A错误。
核力在大于0.8×10－15m时，表现为吸引力，且随距离增 大而减小，在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因 此核子不会融合在一起。所以，选项C正确。
人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克 的堡垒，故D项不正确。
课堂情景切入
1945年7月16日，第一颗原子弹 在新墨西哥州的荒漠上爆炸成功， 其爆炸力相当于1.8万吨TNT炸 药．爆炸时安放原子弹的钢塔全部 熔化，在半径400m的范围内，沙石 都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半 径1600m范围内所有动植物全部死亡
巨大的核能是从哪里来的？
知识自主梳理
核力与四种基本相互作用
试判断174N＋42He―→187O＋11H 这一核反应吸收能量还是放 出能量？能量变化多少？
答案：吸收能量 能量变化 1.2MeV
解析：反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40u 反应后总质量：MO＋MH＝18.012 69u 可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反 应。吸收的能量利用 ΔE＝Δm·c2 来计算，若反应过程中质量增 加 1u，就会吸收 931.5MeV 的能量，故： ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5MeV＝1.2MeV
第十九章 第五节
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目 录/contents
1. 什么是学习力 2. 高效学习模型 3. 超级记忆法 4. 费曼学习法
(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为 核力的_饱__和__性___。
3．四种基本相互作用 (1)万有引力(长程力) (2)电磁相互作用(长程力) (3)强相互作用(短程力) (4)弱相互作用(短程力)
原子核中质子与中子的比例
1.较轻的原子核 质子数和中子数_大__致__相__等___。 2．轻重原子核 中子数_大__于__质子数，越重的原子核两者相差越多。
解析：(1)设生成物的原子核为AZX，根据质量数守恒 A＝222 －4＝218，据电荷数守恒 Z＝86－2＝84，即原子序数为 84， 是钋(Po)，核反应方程为22826Rn―→21884Po＋42He
(2)设钋核的反冲速度大小为 v，由动量守恒定律，得 0＝ mv0－Mv
v＝mMv0
(3)在衰变过程中产生的核能 ΔE＝12mv20＋12Mv2＝M＋2mMmv20 由质能方程 ΔE＝Δmc2 可知质量亏损为 Δm＝ΔcE2 ＝M＋2Mmc2mv20 答案：(1)28262Rn―→28148Po＋42He (2)mMv0 (3)M＋2Mmc2mv20
解析：核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子 是吸收能量，A选项错；比结合能越大的原子核越稳定，但比 结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子 核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比 重核反而小，B、C选项错；中等质量原子核的比结合能比轻 核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也 比轻核大，D选项正确。