高中物理-核力与结合能

• 教学方法：教师启发、引导,学生讨论、交流。 • 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、
放像、课件播放等。
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的,质 子和中子统称为核子． 电荷数=质子数 质量数=质子数+中子数=核子数
核子靠什么力结合成原子核？
原子核的半径约为10-15m ,
只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, 库仑力
万有引力太小,只有库仑力的 mp
万有 引力
10-36。而通常原子核是稳定的, 核力
万有 引力
于是核内还应有另一种力把各 核力
种核子紧紧拉在一起, 此力称
mp
为核力。
库仑力
一、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．
19.5《核力与结合能》
教学目标
• 1、知识与技能 • （1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相
互作用； • （2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数
的增大而减小； • （3）理解结合能的概念,知道核反应中的质量亏损； • （4）知道爱因斯坦的质能方程,理解质量与能量的关系。 • 2、过程与方法 • （1）会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释
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
爱因斯坦质能方程 E=mc2
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;
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。现在观察到的天然放射性元 素,则正在瓦解之中。
课堂练习:
(1)试证明,1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能 量．1u=1.6606×-27kg,光速 c=2.9979×108m/s,1eV=1.6022×10-19J．
(2)碳原子的质量是12.000 000 u,可以看做是由6个 氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求核 子结合成碳原子核时释放的能量．(在计算中可以用 碳原子的质量代替碳原子核的质量,用氢原子的质量 代替质子的质量,因为电子的质量可以在相减过程中 消去．)
P82问题与练习 3.
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931Me V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．
三、结合能
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：Βιβλιοθήκη Baidu
1 0
n
11H
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．
4. 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。
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。
二、原子核中质子与中子的比例
放的核能； • （2）培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。
• 3、情感、态度与价值观 • （1）使学生树立起实践是检验真理的标准、科学
理论对实践有着指导和预见作用的能力；
• （2）认识开发和利用核能对解决人类能源危机的 重要意义。
• 教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理 解。
• 教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、 质量与能量的关系。
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,中子数大于质 子数,越重的元素,两者 相差越多。
为什么会这样呢？
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, 但核力减小得更快。所以,原子核大到一定 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,这个原子核就不稳定 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, 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, 中子数要比质子数多。
3.29325 U（原子量为232.0372）衰变为22980Th （原子量为228.0287）时，释放出粒子
（4 2
He的
原
子
量
为4.0026）
。写
出
核
反
应
方
程，
并求出衰变过程中释放出多少能量？
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） 的一种表现。
2. 核力是短程力。约在 10-15m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。
3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产 生较强的引力,而不是与核内所有核子发生作用。
三、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,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,称做为 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。
四、质量亏损
1、例题：
1 0
n11H
12
H
中子的质量 =1.6749×10－27Kg
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、质量亏损
1、例题：
2、质量亏损：原子分解为核子时,质量 增加；核子结合成原子核时,质量减少。 原子核的质量小于组成原子核的核子的 质量之和,叫做质量亏损。