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1、3 核力与结合能高二物理（人教版2019）选择性必修 第三册第五章 原子核问题与思考：原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？新课引入F库库中子中子中子中子 质子质子质子质子 质子相互间距质子相互间距r的数量级为的数量级为10-15m；质子质量；质子质量m的数量级为的数量级为10-27kg，质子电量，质子电量e的数量级为的数量级为10-19C；万有引力常量；万有引力常量G的的数量级为数量级为10-11，静电力常量，静电力常量k的数量级为的数量级为109。估算库仑力。估算库仑力与万有引力之比？与万有引力之比？原子核原子核中的质子
2、要靠自身的万有引力来抗衡相互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。间的库仑力是不可能的。在在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。核内，形成稳定的原子核。第三种力第三种力核力核力是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。定义定义：能够：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力核力。核力核力的特点：的特点：核力是短程力。核力是短程力。约在约在10-15m 数量级时起作用，数量级时起作用，距离大于距离大于0.810-15m时
3、为引力时为引力,距离距离为为1.510-15m 时核力几乎消失时核力几乎消失，距离小于距离小于 0.810-15m 时为斥力时为斥力，因此核子不会融合，因此核子不会融合在一起。在一起。核力是强相互作用（强力）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的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多（比库仑力强（比库仑力强137倍）倍）。核力与电荷无关。核力与电荷无关。（核力与核子电荷无关核力与核子电荷无关）核力具有饱和性。核力具有饱和性。每个核子每个核子只跟相邻的核子发生核只跟相邻的核子发生核力作用力作用，这种性质称之为核力的饱和性。，这种性质称之为核力的饱和性。1、
4、核力：、核力：（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。（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子和原子核结合成分子，使分子结合成液体与固体。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（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为1018m，作用强度则比电磁力小。一、核力与四种基本相互作用2.四种基本相互作用新课讲授3.弱相弱相互作用互作用在某些放射现象
5、中起作用的另一种基本相互作用在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用弱相弱相互作用是引起原子核互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。短程力：约在短程力：约在10-18m量级时起作用量级时起作用作用对象作用对象作用对象作用对象特点特点特点特点作用范围作用范围作用范围作用范围举例举例举例举例引力相互作用引力相互作用电磁相电磁相互作用互作用强相互强相互作用作用弱相互弱相互作用作用一切物体之间一切物体之间 随距离增大随距离增大而减弱而减弱 长程力，宏观长程力，宏观重力重力电荷间、电流间、电荷间、电流间、磁体间磁体间 引力相互作用引力相互作用
6、长程力，宏观长程力，宏观弹力、摩擦力弹力、摩擦力组成原子核的组成原子核的核子之间核子之间 距离增大时，急距离增大时，急剧减小剧减小 短程力，微观短程力，微观 核力核力基本粒子之间基本粒子之间 距离增大时，急距离增大时，急剧减小，比强相剧减小，比强相互作用小得多互作用小得多基本粒子间基本粒子间的力的力 短程力，微观短程力，微观 4 4、四、四种基本相互作用的对比种基本相互作用的对比 引起原子核引起原子核衰变的原因衰变的原因二、结合能 氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的
7、能量有什么关系？思考与讨论：新课讲授1.结合能：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。组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。2.结合能大小的因素：二、结合能新课讲授1.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。2.注意：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，外界提供给每个核子的平均能量。比结合能结合能核子数=3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。二、结合能新课讲授二、结合能 不同原子核的比结合能是不一样的，右图是按照实
8、际测量结果画的图线。可以看出，中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。4.不同原子核的比结合能图像：新课讲授原子原子分解为核子时分解为核子时，质量增加质量增加；核子；核子结合成原子核时结合成原子核时，质量减少质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，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。叫做质量亏损。（组成原子核的核子的质量之和与原子核的质量之差）（组成原子核的核子的质量之和与原子核的质量之差）(3)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。(2)在核反应中仍在
9、核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒。遵守质量守恒和能量守恒。质量亏损并质量亏损并不是不是这部分这部分质量消失质量消失或或质量转变为能量质量转变为能量。物体的质量应包括。物体的质量应包括静止质量静止质量和和运动质量运动质量，质量亏损是质量亏损是静止质量减少，静止质量减少，减少的减少的静止质量转化静止质量转化为为和和辐射辐射能量相联系的运动质量能量相联系的运动质量。三、质量亏损爱因斯坦爱因斯坦 物体的能量和质量之间存在密切物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：的联系，他们的关系是：核子在结合成原子核时要核子在结合成原子核时要放出能放出能量量，出现，出现质量亏损质量亏损，大小为：，大小为：
10、质质能能方方程程 物体质量，随着能量的变化，会发生变化。物体质量，随着能量的变化，会发生变化。2、爱因斯坦质能方程：、爱因斯坦质能方程：Emc2 （Emc2）Emc2 Emc2说明：说明：说明：说明：（1 1）质量不是能量质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。（2 2）核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损）核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损(即质量数守恒即质量数守恒),),可理解可理解为组成原子核后，核
11、内每个核子仿佛为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了瘦了”一些。一些。（3 3）质量亏损并非质量消失，而是减少的质量质量亏损并非质量消失，而是减少的质量 m m以能量形式辐射出去了，以能量形式辐射出去了，因此质量守恒定律不被破坏。因此质量守恒定律不被破坏。(1)切切记记不不要要误误认认为为亏亏损损的的质质量量转转化化为为能能量量。核核反反应应过过程程中中质质量量亏亏损损是是静静止止的的质质量量减减少少，辐辐射射光光子子的的运运动动质质量量刚刚好好等等于于亏亏损损的的质质量量，即即反反应应前前后后仍仍然然遵遵循循质量守恒和能量守恒。质量守恒和能量守恒。(2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的
12、。核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。特别提醒特别提醒3 3、核反应过程中、核反应过程中、核反应过程中、核反应过程中:核子结合成原子核时核子结合成原子核时,新核质量新核质量小于小于小于小于核子的质量核子的质量(质量亏损质量亏损),同时以同时以 光子形式光子形式释释释释放放放放核能核能;原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要需要吸收吸收吸收吸收一定能量一定能量,核子的总质量核子的总质量大于大于大于大于原原子核的质量。原原子核的质量。4、质能方程、质能方程E=mc2 常用单位常用单位:（1）m用用“u(原子质量单位原子质量单位)”1u=1.66056610-27kg （2）E用用“uc2”
13、1uc2=931.5MeV（931.5兆电子伏）兆电子伏）(表示表示1u 的质量变化相当于的质量变化相当于931.5MeV的能量改变的能量改变)(3)质能方程的本质质能方程的本质：质量或能量是物质的属性之一质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量质量和能量)等同起来；等同起来；质能方程揭示了质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以
14、质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；相互转化；质量亏损不是否定了质量守恒定律质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的光子静质量虽光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。仍成立。(1)质能方程说明，质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体。具体地说，一定质量的物体 所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是 单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。5、对质能方程对质能方程Emc2的理解的理解(2)根据质能方程，根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作Emc2。
