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1、第五章第五章 原子核原子核学习目标学习目标1.了解四种基本相互作用了解四种基本相互作用;结合学过的引力和电磁相互作用结合学过的引力和电磁相互作用,理解核力理解核力,知知道核力的特点道核力的特点,培养自学、关联整合和知识迁移的能力培养自学、关联整合和知识迁移的能力.2.了解结合能和比结合能的概念了解结合能和比结合能的概念,知道核反应中的质量亏损知道核反应中的质量亏损,理解能量与理解能量与质量的关系质量的关系,并能应用质量亏损和能量与质量的关系进行相关的计算并能应用质量亏损和能量与质量的关系进行相关的计算,培培养应用物理知识解决实际问题的能力养应用物理知识解决实际问题的能力.3核力与结合能核力与结
2、合能知识点一知识点一 核力与四种基本相互作用核力与四种基本相互作用1.引力相互作用引力相互作用:引力是自然界的一种基本相互作用引力是自然界的一种基本相互作用,地面物体地面物体所受所受的的 只是只是引力在地球表面附近的一种表现引力在地球表面附近的一种表现.2.电磁相互作用电磁相互作用(电磁力电磁力):电荷间电荷间、间间的相互作用的相互作用.宏观物宏观物体之间的压力体之间的压力、弹力、支持力等等弹力、支持力等等,都起源于这些电荷都起源于这些电荷之间的电磁相互作用之间的电磁相互作用.3.强相互作用强相互作用.(1)核力核力:原子核中原子核中的的 之间之间存在一种很强的相互作用存在一种很强的相互作用,
3、即存即存在一种核力在一种核力,它使得核子紧密地结合在一起它使得核子紧密地结合在一起,形成稳定的原子核形成稳定的原子核.这种作用称为强相互作用这种作用称为强相互作用.(2)核力特点核力特点:核力是核子间核力是核子间的的 相互作用相互作用的一种表现的一种表现,在原子在原子核的尺度内核的尺度内,核力比电磁核力比电磁力力 ;核力核力是是 力力,作用范围只作用范围只有约有约10-15 m.重力重力磁体磁体拉力拉力核子核子强强大得多大得多短程短程4.弱相互作用弱相互作用:在在某些某些 现象现象中起作用的相互作用中起作用的相互作用.弱相互作弱相互作用是引起用是引起原子核原子核 衰变衰变的原因的原因,即引起中
4、子即引起中子质子转变的原因质子转变的原因.弱相互作用也弱相互作用也是是 力力,其力程比强相互作用更短其力程比强相互作用更短,只有只有10-18 m.5.核子结合成原子核或原子核分解为核子时核子结合成原子核或原子核分解为核子时,都伴随着都伴随着巨大的能量变化巨大的能量变化,其原因是什么其原因是什么?放射放射短程短程答案答案:核子间存在着强大的核力核子间存在着强大的核力.知识点二知识点二结合能结合能1.结合能结合能:原子核原子核是是 凭借凭借核力结合在一起构成的核力结合在一起构成的,要把它要把它们分开们分开,也也需要需要 ,这就是原子核的结合能这就是原子核的结合能.这个能量也是核这个能量也是核子结
5、合成原子核而释放的能量子结合成原子核而释放的能量.2.比结合能比结合能:原子核的结合能原子核的结合能与与 之之比比,叫作比结合能叫作比结合能,也也叫作叫作 结合能结合能.比结合能越大比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固原子核中核子结合得越牢固,原子核原子核越越 .3.一较重的原子核衰变成一较重的原子核衰变成粒子和另一原子核粒子和另一原子核,则衰变产物的则衰变产物的结合能之和与原来较重的核的结合能哪一个大结合能之和与原来较重的核的结合能哪一个大?答案答案:一较重的原子核衰变成一较重的原子核衰变成粒子和另一原子核粒子和另一原子核,核子比结合核子比结合能增大能增大,质量数不变质量数不变,则衰变产物
6、的结合能之和一定大于原来较则衰变产物的结合能之和一定大于原来较重的核的结合能重的核的结合能.核子核子能量能量核子数核子数平均平均稳定稳定知识点知识点三三质量亏损质量亏损1.物体的能量与它的质量的关系物体的能量与它的质量的关系:E=.2.质量亏损质量亏损:原子核的原子核的质量质量 组成组成它的核子的质量之和的它的核子的质量之和的现象现象.3.不同原子核的比结合能不同原子核的比结合能是是 的的,中等大小的核的比中等大小的核的比结合结合能能 (平均每个核子的质量平均每个核子的质量亏损亏损 ),这些核最稳定这些核最稳定.mc2小于小于不一样不一样最大最大最大最大小小试试身手身手判断下列说法的正误并和同
7、学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误的错误的打打“”).).1.原子核中核子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡原子核中核子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡.()2.核力是强相互作用核力是强相互作用,在任何情况下都比库仑力大在任何情况下都比库仑力大.()3.弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰变的原因衰变的原因.()4.原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量.()5.比结合能越大比结合能越大,原子核越稳定原子核越稳定.()6.E=mc2表明了质量与能量间的一种对应关系表明了质量与能量间的一种对应关系.(
8、)探究一探究一 核力核力问题情境问题情境答案答案:核子之间还存在着另一种力核子之间还存在着另一种力,即核力即核力.答案答案:当核子增多时当核子增多时,原子核增大原子核增大,核子间的距离也增大核子间的距离也增大,而核力而核力是短程力是短程力,当距离较大时当距离较大时,一些核子间可能就没有核力的作用一些核子间可能就没有核力的作用了了,这样形成的核不稳定这样形成的核不稳定,最终会瓦解最终会瓦解.因此质子与中子不能随因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核意地组合形成无数不同的原子核.3.自然界中存在的元素是有限的自然界中存在的元素是有限的.为什么质子与中子不能随意为什么质子与中子不能随意地组
9、合从而形成无数不同的原子核地组合从而形成无数不同的原子核?过程建构过程建构1.对四种基本相互作用的理解对四种基本相互作用的理解.(1)引力相互作用引力相互作用:引力主要在宏观和宏观尺度上引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚独领风骚”,引力使行星绕着恒星转引力使行星绕着恒星转,并且联系着星系团并且联系着星系团,决定着宇宙的决定着宇宙的现状现状.万有引力是长程力万有引力是长程力.(2)电磁相互作用电磁相互作用:电磁力在原子核外电磁力在原子核外,使电子不脱离原子核而使电子不脱离原子核而形成原子形成原子,使原子结合成分子使原子结合成分子,使分子结合成液体和固体使分子结合成液体和固体.(3)强相互作用强
10、相互作用:在原子核内在原子核内,强相互作用将核子束缚在一起强相互作用将核子束缚在一起,强强相互作用是短程力相互作用是短程力.(4)弱相互作用弱相互作用:弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰变的原因衰变的原因,即引起即引起中子中子质子转变的原因质子转变的原因;弱相互作用也是短程力弱相互作用也是短程力,其力程比强相其力程比强相互作用更短互作用更短,为为10-18 m.2.对核力的理解对核力的理解.(1)核力是四种相互作用中的强相互作用的一种表现核力是四种相互作用中的强相互作用的一种表现.(2)核力是短程力核力是短程力,约在约在10-15 m数量级时起作用数量级时起作用,当距离为当距离为1
11、.510-15 m时核力几乎消失时核力几乎消失.(3)核力具有饱和性核力具有饱和性.稳定的质量较大的原子核里稳定的质量较大的原子核里,中子数要比质中子数要比质子数多子数多.由于核力的作用范围是有限的由于核力的作用范围是有限的,核力具有饱和性核力具有饱和性,如果如果我们继续增大原子核我们继续增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用核力的作用,这时即使再增加中子这时即使再增加中子,形成的核也一定是不稳定的形成的核也一定是不稳定的.所以所以,原子核大小也受到限制原子核大小也受到限制.核子只跟相邻的核子产生较强的核子只跟相邻的核子产生较强的核力核力,而
12、不是与核内所有核子发生作用而不是与核内所有核子发生作用.(4)核力与核子是否带电无关核力与核子是否带电无关,质子与质子间、质子与中子间、质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用中子与中子间都可以有核力作用.【典例【典例1】下列关于核力的说法正确的是】下列关于核力的说法正确的是()A.核力同万有引力没有区别核力同万有引力没有区别,都是物体间的相互作用都是物体间的相互作用B.核力就是电磁力核力就是电磁力C.核力是短程力核力是短程力D.核力与电荷有关核力与电荷有关解析解析:核力与万有引力和电磁力不同核力与万有引力和电磁力不同,距离增大时距离增大时,核力急剧减核力急剧减小小,核力是短程
13、力核力是短程力,选项选项A、B错误错误,选项选项C正确正确.核力与电荷无关核力与电荷无关,选项选项D错误错误.答案答案:C探究探究二二结合能结合能问题情境问题情境假设一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一假设一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核个氘核.1.质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量?使氘核分解为质子和中子的过程呢使氘核分解为质子和中子的过程呢?答案答案:质子和中子结合成氘核的过程中要释放能量质子和中子结合成氘核的过程中要释放能量;氘核分解氘核分解成质子和中子时要吸收能量成质子和中子时要吸收能量
14、.2.右右图图是不同原子核的比结合能随质量是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线数变化的曲线.从图中看出从图中看出,中等质量的中等质量的原子核与重核、轻核相比原子核与重核、轻核相比,比结合能有什比结合能有什么特点么特点?比结合能的大小反映了什么比结合能的大小反映了什么?答案答案:中等质量的原子核比结合能最大中等质量的原子核比结合能最大.比结合能的大小反映了原子核的稳定性比结合能的大小反映了原子核的稳定性,比结合能越大比结合能越大,原子核越稳定原子核越稳定.3.比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量收能量还是释
15、放能量?答案答案:释放能量释放能量.过程建构过程建构1.对结合能和比结合能的理解对结合能和比结合能的理解.(1)结合能是核子结合成原子核时释放的能量结合能是核子结合成原子核时释放的能量,也是将原子核的也是将原子核的核子分开时需要的能量核子分开时需要的能量.(2)比结合能反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度比结合能反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度.2.比结合能与原子核稳定程度的关系比结合能与原子核稳定程度的关系.(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度,比结合能越大比结合能越大,原子核就越难分开原子核就越难分开,表示该原子核就越稳定表示该
16、原子核就越稳定.(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核核子数较小的轻核与核子数较大的重核,比结合能都比较小比结合能都比较小,表示原子核不太稳定表示原子核不太稳定;中等核子数的原子核中等核子数的原子核,比结合能较大比结合能较大,表表示原子核较稳定示原子核较稳定.(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,就能释放核能就能释放核能.例如例如,一个核子数较大的重核分裂成两个核子数一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核小一些的核,或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核一些的核,都能释放出巨大的核能都能释放出巨大的核能.3.比结合能曲线比结合能曲线.不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示.从图中从图中可以看出可以看出,中等质量原子核的比结合能最大中等质量原子核的比结合能最大,轻核和重核的比结轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小合能都比中等质量的原子核的要小.【典例【典例2】关于结合能和比结合能的说法正确的】
