核力与结合能(公开课)

mp
1.6726×10－27
m氘
3.3436×10－27
总质量 3.3475 ×10－ 总质量 3.3436×10－27
27
在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子
独自存在时的总质量，这两者的差额叫做质量亏损
原子核的结合能会不会与质量 亏损有关呢？你的依据是什么？
四 质能方程 E=mc2
对质能方程理解E=mc2的理解
3）意义：
它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。
4）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性较差;中等质量核的核子平均结 合能较大，稳定性较好。
四 质量亏损 E=mc2
如何求解原子核的结合能？
1 0
n11H
12
H
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
1.6749×10－27
试验值：
27 2.22Mev
3.3436×10－27 3.3436×10－27
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
3.5110 13 1.6 10 19 106
Mev
2.19 Mev
m1c2 m2c2 m3c2 E E (m1 m2 m3 )c2
计算结合能时，先计算质量亏损Δm，在 带入质能方程求出结合能
E mc2
四 质量亏损 E=mc2
1 0
n11H
12
H
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
1.6749×10－27
mp
1.6726×10－27
m氘
总质量 3.3475 ×10－ 总质量
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。
（2）关系式ΔE=Δmc2中的质量亏损表明在核反应时
质量不守恒。 11H 01n12H
四 质能方程 E=mc2
E mc2
核能 质量亏损
计算任意核反应中释放的核能，先计算质 量亏损Δm，在带入质能方程求出核能。
【讨论与交流】
四 质能亏损 E=mc2
下面说法是否正确。并说明理由。
（1）由质能方程E=mc2，可推得ΔE=Δmc2,这说明 质量就是能量，质量可以转化为能量。
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。
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。
一 核力及其性质
1、概念：
核力：相邻的核子之间存在的强相互作用力。
2、核力的性质 （1）核力是强相互作用力；在原子核尺度内，
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，在小于0.8×10-15m，核力表现为斥力。 （3）每个核子只跟邻近的核子发生核力作用（饱和性）。 （4） 核力具有电荷无关性。
力常量G的数量级为10-11，静电力常量k的数量级为
109。估算库仑力与万有引力之比？
解： 10 F库 ke2 / r 2 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。
三 结合能
要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量。
二 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
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
第五节 核力与结合能
回顾：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．
提出问题：质子间存在着巨大的库仑斥力，那为 什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一 起呢？
1015 m
猜想：
万有引力？
一 核力及其性质
质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量
级为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；万有引
(1) 物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系.
（2）任何质量为m的物体都具有大小相当于mc2的能量。任何一部分能量也都与一 定的质量向对应。
（3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化。
四 质量亏损
11H 01n12H
m1
m2
m3
ΔE
根据质能方程E=mc2和能量守恒定律，推导出 γ光子的能量(即氘核的结合能） 并总结出求结合能的方法。
二、原子核中质子与中子的比例
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。
m1
m2
m3
ΔE
1、质量包括静止质量和运动质量两部分组成
2、 ΔE=Δmc2中Δm可以理解为静止质量的亏损， 也可以理解为释放的能量ΔE对应的运动质量增
3加、因此质量亏损不能简单地认为质量减少，质量亏损 的本质是静止质量的亏损转化为运动质量，是质量守恒 在核反应中的客观体现
目标检测
1、联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。
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？
U-235
Li-6
如何才能反映原子核的稳定程度？
三 比结合wk.baidu.com（平均结合能）
2、比结合能：
结合能
= 核子数
1）概念：原子核的结合能与核子数之比
2）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核 拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。