高二物理 核力与结合能 重核裂变 轻核聚变
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核子时，都伴随着巨0大的能1量变化 1
分解例 : γ为如光12子： H，其能量≥2.211MeHV，反10应n才能发生
结合:
1 0
n11H
12
H
H H n 结合能：当核子结合2成原子核时要放出1一定能量；1原子核分解成核子时，要吸收
1
1
0
同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量
另一种是电磁力。 万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间 。 核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力。 有第三种力--核力，是核力把核子紧紧地 束缚在核内，形成稳定的原子核。 核力具有怎样的特点呢？
库仑力
mp
万有 引力
核力
万有
核力 引力 mp
库仑力
1、定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
1
1
0
中子和质子的质量和mn+mp=3.3475×10－27Kg
氘核的质量mD=3.3436×10－27Kg
质量差△m=0.0039×10－27Kg
E mc2 3.511013J=2.19Mev
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) 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.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。
中
子
实际存在的
数
原子核
问题：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，
理想的质子数和中 子数相等的稳定原
子核
中子数大于质子数，越重的 元素，两者相差越多。
质子数
核越大，核子间距离增大，库仑力与核力均减少，但核力减少的更快。 增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。 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
能量
E mc2
例如： 例题：已知中子的质量是mn＝1.6749×10－27 kg，质子的质量是mp＝
1.6726×10－27kg，氘核的质量是mD＝3.3436×10－27kg，求氘核的结合能。
1 0
n11H
12
H
H H n 中子的质量mn=1.6749×210－27Kg 质1子的质量m1 p=1.6726×10－27Kg
某些轻核能够结合 在一起，生成一个 较大的原子核，同 时放出大量的核能。 这种核反应叫做核 聚变。
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。
Fra Baidu bibliotek
n H H 由于核子间存在着强1大的核力1 ，所以核2子结合成原子核或原子核分解为
原子核核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是它 的结合能与核子数之比，称作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。
原子核的结合能很难直接测量，那么如何求原子核的结合能呢?
E mc2
从相对论得出，物体的能量和质量之间存在如下密切联系。
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
除核力外原子核内还存在自然界的第四种相互作用 弱相互作用（弱力） 弱力是引起β衰变，即中子－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。
四种基本相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 2.电磁力：电磁力和万有引力都是“长程力”。
高中物理 高二年级 选修3-5
核力与结合能 重核裂变 轻核聚变
复习旧知： 原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子
质量数 （核）电荷数
元素符号
A Z
X
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
10－15m
在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？
质子 中子
人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，
在20世纪20年代末曾经引起 遐想：如果使较重的核分裂成 中等大小的核，或者把较小的 核合并成中等大小的核，核子 的比结合能都会增加，这样岂 不是可以释放能量供人使用？ 前景的确诱人，但是怎样使原 子核发生分裂或者合并呢？这 在当时是一个无法解决的问题。
1938 年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验 中发现，生成物中有原子序数为 56 的元素钡。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成 两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定 名为原子核的裂变。
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。
铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出
3个中子，核反应方程是：
235 92
U+10n
141 56
Ba+3962Kr+310n
链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
铀块的大小是链 式反应能否进行 的重要因素
通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临 界质量。
铀核裂变时如果生成物不同，释放 的能量也有差异。一个铀235核裂 变时释放的能量如果200MeV估算， 1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时 释放的化学能!
我国第一颗原子弹爆炸
切尔诺贝利事件
2、特点（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比 库仑力大得多。 （2）核力是短程力。约在10-15m 数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引 力, 距离为10×10-15m 时核力几乎消失，距离小于 0.8×10-15m 时为斥力，因此 核子不会融合在一起。 （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。
分解例 : γ为如光12子： H，其能量≥2.211MeHV，反10应n才能发生
结合:
1 0
n11H
12
H
H H n 结合能：当核子结合2成原子核时要放出1一定能量；1原子核分解成核子时，要吸收
1
1
0
同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。
结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量
另一种是电磁力。 万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间 。 核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力。 有第三种力--核力，是核力把核子紧紧地 束缚在核内，形成稳定的原子核。 核力具有怎样的特点呢？
库仑力
mp
万有 引力
核力
万有
核力 引力 mp
库仑力
1、定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
1
1
0
中子和质子的质量和mn+mp=3.3475×10－27Kg
氘核的质量mD=3.3436×10－27Kg
质量差△m=0.0039×10－27Kg
E mc2 3.511013J=2.19Mev
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) 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.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。
4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。
中
子
实际存在的
数
原子核
问题：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，
理想的质子数和中 子数相等的稳定原
子核
中子数大于质子数，越重的 元素，两者相差越多。
质子数
核越大，核子间距离增大，库仑力与核力均减少，但核力减少的更快。 增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。 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
能量
E mc2
例如： 例题：已知中子的质量是mn＝1.6749×10－27 kg，质子的质量是mp＝
1.6726×10－27kg，氘核的质量是mD＝3.3436×10－27kg，求氘核的结合能。
1 0
n11H
12
H
H H n 中子的质量mn=1.6749×210－27Kg 质1子的质量m1 p=1.6726×10－27Kg
某些轻核能够结合 在一起，生成一个 较大的原子核，同 时放出大量的核能。 这种核反应叫做核 聚变。
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。
Fra Baidu bibliotek
n H H 由于核子间存在着强1大的核力1 ，所以核2子结合成原子核或原子核分解为
原子核核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是它 的结合能与核子数之比，称作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。
原子核的结合能很难直接测量，那么如何求原子核的结合能呢?
E mc2
从相对论得出，物体的能量和质量之间存在如下密切联系。
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
除核力外原子核内还存在自然界的第四种相互作用 弱相互作用（弱力） 弱力是引起β衰变，即中子－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。
四种基本相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 2.电磁力：电磁力和万有引力都是“长程力”。
高中物理 高二年级 选修3-5
核力与结合能 重核裂变 轻核聚变
复习旧知： 原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子
质量数 （核）电荷数
元素符号
A Z
X
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
10－15m
在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？
质子 中子
人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，
在20世纪20年代末曾经引起 遐想：如果使较重的核分裂成 中等大小的核，或者把较小的 核合并成中等大小的核，核子 的比结合能都会增加，这样岂 不是可以释放能量供人使用？ 前景的确诱人，但是怎样使原 子核发生分裂或者合并呢？这 在当时是一个无法解决的问题。
1938 年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验 中发现，生成物中有原子序数为 56 的元素钡。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成 两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定 名为原子核的裂变。
物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。
铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出
3个中子，核反应方程是：
235 92
U+10n
141 56
Ba+3962Kr+310n
链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程
铀块的大小是链 式反应能否进行 的重要因素
通常把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积，相应的质量叫做临 界质量。
铀核裂变时如果生成物不同，释放 的能量也有差异。一个铀235核裂 变时释放的能量如果200MeV估算， 1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时 释放的化学能!
我国第一颗原子弹爆炸
切尔诺贝利事件
2、特点（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比 库仑力大得多。 （2）核力是短程力。约在10-15m 数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引 力, 距离为10×10-15m 时核力几乎消失，距离小于 0.8×10-15m 时为斥力，因此 核子不会融合在一起。 （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。