195核力与结合能-天津市空中课堂人教版高中物理选修3-5课件(共23张PPT)

F引=G
m1m2 r2
G
m2 r2
0.7 1035
N
F电 =k
Q1Q 2 r2
k
e2 r2
9.2
N
电磁力远远大于万有引力
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用 （3）强相互作用
核力：
核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用的存在， 即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳 定的原子核。
+
2 1
H
1 1
H+
1 0
n
当光子能量等于或大于2.19MeV时，
这个反应才会发生
注意：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
四、比结合能
猜想：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？
U-235
Li-6
四、比结合能
比结合能 = 结合能
核子数
意义：它反映了一个原子核稳定程度。 比结合能越大，核越稳定。
四、比结合能
规律： 不同原子核的比结合能是 不一样的。中等大小的核 的比结合能最大，这些核 最稳定。
五、质量亏损
2．爱因斯坦质能方程 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象
叫做质量亏损。
例2：已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg,质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，
四种基本相互作用按强度来排列，顺序是： 强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用 尽管四种相互作用存在巨大的差别，物理学家们在努力寻求 力的统一。近年来，在弱作用和电磁作用的统一方面，已经取得 成功。实验已经证明：正如电和磁是电磁作用的两种不同表现一 样，弱作用和电磁作用也只不过是统一的弱电相互作用的两种不 同表现而已。弱电统一的成就促进了强、电、弱三种作用统一起 来的大统一的研究。
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用
温伯格
萨拉姆 三人同获1979年的诺贝尔物理学奖
格拉肖
二、原子核中质子与中子的比例
1．轻重原子核中质子和中子比例不同
中
自然界中较轻的原子核，质子
子
数
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。
质子数
二、原子核中质子与中子的比例
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者原 子核分解为核子时，都伴随着 巨大的能量变化。
三、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。
1 1
H
+
1 0
n
2 1
H
+
γ
一个质子和一个中子结合成氘核，
要放出2.19MeV的能量
γ
核力与结合福，发现
卢瑟福学生，
质子，并提出
发现了中子，
质子-电子假
证实了卢瑟
说
福预言的正
确性。
卢瑟福，提出猜想， 预言原子核内可能 存在一种质量与质 子相近的中性粒子。
海森伯，提 出原子核由 质子和中子 组成的假说
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用
（3）强相互作用 核力的特点：
①核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核的尺度内，核力 比库仑力大得多。
②核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m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。
③每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用 （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。弱相互作用是短程力，其力程比强力更短，为 10-18m，作用强度则比电磁力小。
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用
生成的氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg,反应前后的总质量会发生变化吗?
分析：：
1 1
H
+
1 0
n
2 1
H
+
γ
反应后总质量 = mD = 3.3436×10-27kg
反应前总质量 = mn+mp=3.3475 ×10-27kg
五、质量亏损
2．爱因斯坦质能方程 E=mc2
爱因斯坦质能方程告诉我们：
（1）万有引力
相互吸引的作用存在于一切物体之间，我们称它为万有引力。 是“长程力”。
（2）电磁力
电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，本质上是同一种 相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或 电磁力。是“长程力”。
一、粒子间的相互作用
1．四种基本相互作用
例：质子m =1.67×10-27kg , e =1.6×10-19C,相邻质子间的距离 约为r =5×10-15m请计算一下质子间的万有引力大小和电 磁力（库仑力）大小分别是多少？
④原子核的质量亏损并不破坏质量守恒定律。
五、质量亏损
2．爱因斯坦质能方程
1 1
H
+
1 0
n
2 1
H
+
γ
mp
mn
mD
ΔE
质量差 m (mp mn ) mD 0.00391027 kg
质量差对应的能量 Emc2 3.511013 J
在核物理中，能量单位常常使用电子伏特：1eV=1.6×10-19J，
①一定的质量总是跟一定的能量对应，核子在结合成原子核时总质量减少了， 相应的总能量也要减少。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。在原子核反应中往往伴随巨大的放能、吸能现象。
②核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物的质量差用质能方 程计算。
③核反应中能量的吸收与核力的作用有关。当核子结合成原子核时，核力要 做功，所以放出能量；原子核分裂为核子时，要克服核力做功，所以要从 外界吸收能量。
2．分析原因 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。
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。
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。 稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。
所以，氘核的结合能是
E 3.51 10 13 1.60 10 19
eV
= 2.19×106eV = 2.19MeV
氘核的比结合能