《核力与结合能》PPT课件
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核力与结合能(公开课) ppt课件
B、 (m1 m2 m4 )c 2 D、 (m3 m4 m1 m2 )c2
核反应方程为：
2 1
H
13H
24He
01n
目标检测（拓展）
3、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，
同时辐射一个γ 光子。已知质子、中子、氘核的
质量分别为m1、m2、m3，普朗克常数为h，真空中
的光速为c，下列说法正确的是（
解： 10 F库 ke2 / r2 ke2 109 (10 ） 19 2
36
F万 Gm 2 / r 2 Gm 2 10 11 (10 27 )2
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。
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。
2、质能方程揭示了质量与能量的不可分割性， 方程建立了这两个属性在数值上的关系。决不 是这两个量相互转化。
（2）关系式ΔE=Δmc2中的质量亏损表明在核反应时 质量不守恒。
四 质量亏损 E=mc2
【讨论与交流】 下面说法是否正确。并说明理由。
总质量 3.3475 ×10－27
m氘 总质量
3.3436×10－27 3.3436×10－27
试验值： 2.22Mev 理论值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039 ×10－27kg
ΔE = Δmc 2 = 0.0039 10－27 (3.0 ×108 )2 3.511013 J
三 比结合能
【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？
高中物理人教版《核力与结合能》PPT课文课件
3.四种基本相互作用:
二、结合能与质量亏损 1.结合能和比结合能: (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(平均结合能):原子核的结合能与_核__子__数__之比称为比结合能。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。
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【思考·讨论】 如图为3H和3He的原子核结构示意图。
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3.核力与结合能
一、核力与四种基本相互作用 1.核力:原子核里的_核__子__间存在着相互作用的核力,_核__力__把核子紧紧地束缚在 核内,形成稳定的原子核。 2.核力特点: (1)核力是核子间的_强__相__互__作__用__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_0_-_15___m_之内。
B.原子核中质子和中子能紧密地保持在一起,是因为它们之间存在弱相互作用
C.电荷间的相互作用和磁体间的相互作用,本质上是同一磁相互作用的作用范围大
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人教版高中物理选修3-5第十九章19.5核力和结合能 课件(共29张PPT)
中
子 数
实际存在
的原子核
原因分析：
核越大，核子间距离增大
库仑力与核力均减小，但核力减小快
增大到一定程度时，核力较小，不足以
平衡库仑力时，原子核会不稳定。
理想的质子 数和中子数 相等的稳定
若增加中子，与其它核子无库仑力，但 有核力，有助于原子核稳定
原子核
核力是短程力，若超过其作用范围，增 加中子，原子核也不稳定，所以原子序
三. 结合能
12H 11H 01n
当光子能量等于或 大于2.22MeV时， 这个反应才会发生
11H 01n12H
一个质子和一个中子 结合成氘核，要放出 2.22MeV的能量
1、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
三、结合能
（21、）结注合意能：并不是由于核子结合成原子核而具有
（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，这种性质称之为核力的饱和性。
3、四种相互作用
（1）.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独 领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星 系团，决定了宇宙的现状和未来。→长程力
（2）.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，原子结合成分子，使分子结合成液 体与固体。→长程力
电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用 到无限远的距离，当然距离越远，力就越小
（3）.强相互作用：原子核内，强力将核子束缚在一 起。→短程力 （4）.弱相互作用：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。→短程力其力
程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。
36
F万 Gm 2 / r 2 Gm 2 10 11 (10 27 )2
人教版高中物理选修【3-5】《核力与结合能》ppt课件
TIP3：认知获取是学习的开始，而不是结束。
为啥总是听懂了， 但不会做，做不好？
高效学习模型-内外脑 模型
2
内脑- 思考内化
思维导图& 超级记忆法& 费曼学习法
1
外脑- 体系优化
知识体系& 笔记体系
内外脑高效学习模型
超级记忆法
超级记忆法-记忆 规律
记忆前
选择记忆的黄金时段
前摄抑制：可以理解为先进入大脑的信息抑制了后进 入大脑的信息
式中c是真空中的光速，m是 物体的质量，E是物体的能量。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm， 正表明它们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
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.
第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位 问题
国际单位: m用“kg” C用“m/s” ΔE用“J”
相同
某一数值时 某一数值时
三、结合能
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．
例如：
1 0
n11H
12
H
2 1
H
11
H
10
n
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量； 原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个 能量叫做原子核的结合能．
为啥总是听懂了， 但不会做，做不好？
高效学习模型-内外脑 模型
2
内脑- 思考内化
思维导图& 超级记忆法& 费曼学习法
1
外脑- 体系优化
知识体系& 笔记体系
内外脑高效学习模型
超级记忆法
超级记忆法-记忆 规律
记忆前
选择记忆的黄金时段
前摄抑制：可以理解为先进入大脑的信息抑制了后进 入大脑的信息
式中c是真空中的光速，m是 物体的质量，E是物体的能量。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm， 正表明它们在互相结合过程中放出了能量
ΔE=Δm·c2
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.
第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位 问题
国际单位: m用“kg” C用“m/s” ΔE用“J”
相同
某一数值时 某一数值时
三、结合能
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．
例如：
1 0
n11H
12
H
2 1
H
11
H
10
n
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量； 原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个 能量叫做原子核的结合能．
19.5 核力与结合能PPT课件
常用单位: m用“u(原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量
改变)
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个氘核所放出的能量．如果 组成的是6.02×1023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393.5×103J．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．
1 1
H
10
n
2 1
H+,下列说
法正确的是（ACD ）
A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和 中子的质量和
B.反应前后质量数不变，因而质量不变
C.核子结合成核时，一定释放核能
D.γ光子具有的能量为 mc2
m 为核反应中的质量亏损
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。
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10－18m，作用强度则比电磁 力小。
1.万有引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独 领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系 着星系团，决定了宇宙的现状和未来。
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。
比结合能：结合能与核子数之比，称为 比结合能。也叫平均结合能。
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。因为比结合 能越大，将每个核子分开所需的能量越大。
改变)
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个氘核所放出的能量．如果 组成的是6.02×1023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393.5×103J．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．
1 1
H
10
n
2 1
H+,下列说
法正确的是（ACD ）
A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和 中子的质量和
B.反应前后质量数不变，因而质量不变
C.核子结合成核时，一定释放核能
D.γ光子具有的能量为 mc2
m 为核反应中的质量亏损
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。
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10－18m，作用强度则比电磁 力小。
1.万有引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独 领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系 着星系团，决定了宇宙的现状和未来。
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。
比结合能：结合能与核子数之比，称为 比结合能。也叫平均结合能。
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。因为比结合 能越大，将每个核子分开所需的能量越大。
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1u=1.660566×10-27kg ×
第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反 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. 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, 当然,2.19MeV的能量的绝对数量并不算大,但这 的能量的绝对数量并不算大 只是组成1个氘核所放出的能量. 只是组成1个氘核所放出的能量.如果组成的是 6.02× 个氘核时, 6.02×1023个氘核时,放出的能量就十分可观 与之相对照的是, 了.与之相对照的是,使1摩的碳完全燃烧放出的 能量为393.5 393.5× 能量为393.5×103J.折合为每个碳原子在完全燃 烧时放出的能量只不过4eV 4eV. 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. 个原子可能放出的能量相比,两者相差数十万倍.
n+ H → H + γ
1 1 2 1
中子的质量 =1.6749×10-27Kg =1.6749× 质子的质量 = 1.6726×10-27Kg × 中子和质子的质量和 = 3.3475×10-27Kg × 氘核的质量 = 3.3436×10-27Kg × 质量差 = 0.0039×10-27Kg ×
四,结合能
由于核子间存在着强大的核力,所以核子结合成原子核 由于核子间存在着强大的核力,所以核子结合成原子核 结合 分解为核子时 或原子核分解为核子时,都伴随着巨大的能量变化. 或原子核分解为核子时,都伴随着巨大的能量变化. 分解: 分解:
2 1 1 H + γ → H +1 n 1 0
γ为光子,其能量≥2.2MeV,反应才能发生 为光子,其能量 为光子 ,
比结合能越大, 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. 结合得越牢固,原子核越稳定.
从图象上看,哪一种原子的比结合能更大? 从图象上看,哪一种原子的比结合能更大?
四,质量亏损
问题分析:质子与中子结合成氘核前后总质量的差异 问题分析:质子与中子结合成氘核前后总质量的差异
1 0
库仑力 万有 引力 万有 引力
mp
核力
核力
mp
库仑力
二,核力: 核力:
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. 强大的力叫做核力. 核力具有怎样的特点呢? 核力具有怎样的特点呢?
1. 核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的 核力是四种相互作用中的强相互作用 强力) 强相互作用( 一种表现. 一种表现. 2. 核力是短程力.约在 10-15m量级时起作用,距离 核力是短程力. 量级时起作用, 量级时起作用 大于0.8× 时为引力, 大于 ×10-15m时为引力 距离为 ×10-15m时核力几乎 时为引力 距离为10× 时核力几乎 消失,距离小于0.8× 时为斥力. 消失,距离小于 ×10-15m时为斥力. 小于 时为斥力 3. 核力具有饱和性.核子只对相邻的少数核子产 核力具有饱和性 . 生较强的引力,而不是与核内所有核子发生作用. 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. 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. 夸克的相互作用. 成物 夸克的相互作用
第五节 核力与结合能
原子核的组成
核力及其性质
一 .原 核 的 组 成
质子 中子
统称核子 统称核子 质量数 (核)电荷数
元素符号
A Z 235 92
X U
10-15m
1 1
H
4 2
He
核子靠什么力结合成原子核? 核子靠什么力结合成原子核? 原子核的半径约为10-15m , 只 原子核的半径约为 相当原子半径的万分之一. 相当原子半径的万分之一 . 在这 么小的空间里带正电的质子与质 子间的库仑斥力是很大, 万有引 子间的库仑斥力是很大 , 力太小, 只有库仑力的10 力太小 , 只有库仑力的 -36 . 而 通常原子核是稳定的,于是核内还 通常原子核是稳定的 于是核内还 应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力. 在一起 此力称为核力.
为什么会这样呢? 为什么会这样呢?
核越来越大,有些核子间的距离越来越远. 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, 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, 但核力减小得更快.所以,原子核大到一定 程度时, 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, 衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定 这时,如果不再成对地增加核子, 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, 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, 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, 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. 中子数要比质子数多.
6个质子和 个中子质量为 个质子和6个中子质量为 个质子和 m= 1.007825×12u = ×
3.235U( 子 为 .0372 衰 为 90Th 原 量 232 ) 变 228 92 ( 子 为 .0287 时 释 出 粒 原 量 228 ) , 放 α 子
4 ( He的 子 为 .0026 . 出 反 方 , 原 量 4 ) 写 核 应 程 2
由于核力的作用范围是有限的, 由于核力的作用范围是有限的,如果继 续增大原子核, 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, 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. 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, 在宇宙演化的进程中,各种粒子有机会 进行各种组合, 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 瓦解了,只有 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, 留了下来.现在观察到的天然放射性元素, 则正在瓦解之中. 则正在瓦解之中.
3,有关问题的理解和注意事项 ,
第一.核反应过程中 第一 核反应过程中: 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 核子结合成原子核时 新核质量小于核子的质 新核质量小于 质量亏损),同时以 释放核能; 量(质量亏损 同时以γ光子形式释放核能 质量亏损 同时以γ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 原子核分解为核子时 需要吸收一定能量 核子 需要吸收一定能量 的总质量大于原原子核的质量. 大于原原子核的质量 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 第二 核反应过程中,质量亏损时 核子个数不亏损 即质 核反应过程中 质量亏损时,核子个数不亏损 可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛 量数守恒),可理解为组成原子核后 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. "瘦了"一些 第三.质量亏损并非质量消失 而是减少的质量 以能 第三 质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能 质量亏损并非质量消失 而是减少的质量 量形式辐射(动质量 因此质量守恒定律不被破坏 动质量),因此质量守恒定律不被破坏. 量形式辐射 动质量 因此质量守恒定律不被破坏
第四.公式ΔE=Δ c 第四 公式ΔE=Δmc2 的单位问题 公式
国际单位: 国际单位 m用"kg" 用 C用"m/s" 用 Δ E用 " J "
P39问题与练习 3. 问题与练习 常用单位: 常用单位 m用"u(原子质量单位 原子质量单位)" 用 原子质量单位 ΔE用"uc2" 1uc2=931MeV 931MeV的能量改变 (表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量改变) 表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量改变)
结合: 结合: 1 n+1H
0 1
→ H +γ
2 1
可见,由于核子间存在强大的核力, 可见,由于核子间存在强大的核力,要把原子核拆散成核 要克服核力做功,必须吸收一定的能量.反之, 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. 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 原子核的结合能. 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. 结合能可以以光子的形式放出来.
课堂练习: 课堂练习
(1)试证明,1原子质量单位 相当于 试证明, 原子质量单位 相当于931.50 MeV的能 原子质量单位u相当于 试证明 的能 量.1u=1.6606×10-27kg,光速 × ,光速c=2.9979×108m/s, × , 1eV=1.6022×10-19J. × .
证明: 证明:由爱因斯坦质能方程 E=mc2 得1u对应能量为 对应能量为 E=mc2 = 1.6606×10-27×(2.9979×108) 2J × × = 1.4924 × 10-10 J = (1.4924 × 10-10 /1.6022×10-19)eV ×
说明: 说明:
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 并不是由于核子结合成原子核而具有 能量,而是为把核子分开而需要 需要的能量或者结 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. 放出的能量 合成原子核需要放出的能量. 比结合能:结合能与核子数之比.也叫平均结合能 比结合能:结合能与核子数之比.也叫平均结合能
弱相互作用(弱力) 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 弱力是引起中子-质子转变的原因 中子 弱相互作用也是短程力,力程比强力更短,为 弱相互作用也是短程力,力程比强力更短, 10-18m,作用强度则比电磁力小. ,作用强度则比电磁力小.