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1、19.5 核力与结合能核力与结合能 mpmp库仑力库仑力万有引力问题问题2 2：核子靠什么力结合成原子核？：核子靠什么力结合成原子核？问题问题1 1：氦原子核中有两个质子，质子质量为：氦原子核中有两个质子，质子质量为m mp p=1.67=1.671010-27-27kgkg，带电带电量为元电荷量为元电荷e=1.6e=1.61010-19-19C C，原子核的直径的数量级为，原子核的直径的数量级为1010-15-15m m，那么两个质子，那么两个质子之间的库仑斥力与之间的库仑斥力与万有引力万有引力两者的数量级相差多两者的数量级相差多少倍少倍? k? k=9109Nm2/c2 G=6.710-1
2、1Nm2/kg2 万有引力太小，只有库仑力的万有引力太小，只有库仑力的10-36 核力：能够把核中的各种核子联系在一起的核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强相互作用力叫做核力强相互作用力叫做核力 问题问题3.核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？核力：中子中子质子质子原子核示意图原子核示意图定义定义能够把原子核中的各种核子联系在一起的能够把原子核中的各种核子联系在一起的强大的力，叫做强大的力，叫做核力核力。2. 核核力力是是短短程程力力。约约在在10-15m量量级级时时起起作作用用，距距离离大大于于0.810-15m时时为为引引力力；距距离离小小于于0.810-15m时时为斥力为斥力
3、，因此核子不会融合在一起；，因此核子不会融合在一起；距离在距离在1010-15m以上时，核力几乎消失。以上时，核力几乎消失。1. .核核力力是是四四种种相相互互作作用用中中的的强强相相互互作作用用的的一一种种 表表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。3. 核核力力具具有有饱饱和和性性，即即每每个个核核子子只只跟跟相相邻邻的的核核子子 发生核力作用。发生核力作用。 特特 点点4. 核核力力与与电电荷荷无无关关，它它存存在在于于质质子子与与质质子子间间，中中子子与中子间，质子与中子间。与中子间，质子与中子间。核力：1.1.万有引力：万有引力：引力主要在宏
4、观和宇宙尺度上引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领独领风骚风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星。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。系团，决定了宇宙的现状和未来。四种相互作用四种相互作用3.3.强相互作用：强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在在原子核内，强力将核子束缚在 一起。一起。2.2.电磁力：电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。使分子结合成液体与固体。4.4.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 衰变的原衰变的原因，即引起中子质子转变的原因。弱相互作用
5、也是因，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，为短程力，其力程比强力更短，为10 18m，作用强度则，作用强度则比电磁力小。比电磁力小。电磁力和万有引力都是电磁力和万有引力都是“长程力长程力”，即它们可以，即它们可以作用到无限远的距离，距离越远，力就越小。作用到无限远的距离，距离越远，力就越小。核力与四种基本相互作用核力与四种基本相互作用1 1、自然界中稳定核的质子数和中子数有何特点？、自然界中稳定核的质子数和中子数有何特点？、自然界中稳定核的质子数和中子数有何特点？、自然界中稳定核的质子数和中子数有何特点？ 这个现象如何解释？这个现象如何解释？这个现象如何解释？这
6、个现象如何解释？2 2、若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？、若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？、若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？、若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？ 为什么？为什么？为什么？为什么？阅读与思考80-81页3 3、结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能、结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能、结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能、结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？4 4、结合能的大小与核子数有关吗？、结合能的大小与核子数有关吗？、结合能的大小与核子数有关吗？、结合能的大小与核子数有关吗？5 5、什么是比结合能？为什
7、么说比结合能越大，、什么是比结合能？为什么说比结合能越大，、什么是比结合能？为什么说比结合能越大，、什么是比结合能？为什么说比结合能越大， 原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？6 6、物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了、物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了、物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了、物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了mm，那么它的能量减小多少？，那么它的能量减小多少？，那么它的能量减小多少？，那么它的能量减小多少？7、将一个质子和一
8、个中子结合成一个氘核，释放出能量，将一个质子和一个中子结合成一个氘核，释放出能量，将一个质子和一个中子结合成一个氘核，释放出能量，将一个质子和一个中子结合成一个氘核，释放出能量，是否违反了能量守恒定律？为什么？是否违反了能量守恒定律？为什么？是否违反了能量守恒定律？为什么？是否违反了能量守恒定律？为什么？8 8、将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，、将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，、将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，、将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？是否违反了质量守恒定律？为什么？是否违反了质量守恒定律？
9、为什么？是否违反了质量守恒定律？为什么？9 9、什么是质量亏损？质量亏损表明什么？、什么是质量亏损？质量亏损表明什么？、什么是质量亏损？质量亏损表明什么？、什么是质量亏损？质量亏损表明什么？1 10 0、若要释放结合能，我们可以怎么做？、若要释放结合能，我们可以怎么做？、若要释放结合能，我们可以怎么做？、若要释放结合能，我们可以怎么做？阅读与思考81-82页二、重核与轻核二、重核与轻核排在元素周期表比较靠后的元素对应的原子排在元素周期表比较靠后的元素对应的原子核叫核叫重核重核；排在比较靠前的叫；排在比较靠前的叫轻核轻核。排在排在83号铋之后的原子核都不稳定，它们自号铋之后的原子核都不稳定，它们
10、自动分解或衰变成更轻的原子核；排在动分解或衰变成更轻的原子核；排在92号元号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在。状态下存在。 由于核子间存在着强大的核力，所以核子由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合结合成成原子核或原子核原子核或原子核分解分解为核子时，都伴随着巨大的能量为核子时，都伴随着巨大的能量变化变化 三、结合能三、结合能 光子具有的能量，是核反应中释放或吸收的能量 能量能量 2、比结合能比结合能 （平均结合能）：（平均结合能）：原子核的结合原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能。能与核子数之比称为该原子核的平均结合能。
11、 说明：比结合能越大，核越稳定。说明：比结合能越大，核越稳定。 1、原子核的结合能原子核的结合能 当核子结合成原子核时要放出一定能量；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原子核分解成核子时，要吸收同样的能量这个能量个能量叫做原子核的结合能。叫做原子核的结合能。 释放结合能的方法释放结合能的方法 利用轻核利用轻核聚合成中等质量的核聚合成中等质量的核 利用重核利用重核分裂成中等质量的核分裂成中等质量的核 四、质量亏损四、质量亏损1. 例题：一个中子和一个质子结合成氘核，需例题：一个中子和一个质子结合成氘核，需要多少能量？写出核反应方程要多少能量？写出核反应方程
12、已知：中子的质量已知：中子的质量 1.67491.674910102727Kg Kg 质子的质量质子的质量 1.67261027Kg 氘核的质量氘核的质量 3.34361027Kg 光速光速 C=3.00108m/sE=mc2=3.5110-13J1. 质量亏损：质量亏损：原子核的质量小于组成原子核的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。核子的质量之和，叫做质量亏损。2. 2. 爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程E=mc2c是真空中的光速，是真空中的光速，m是物体的质量，是物体的质量，E是物体的能量。是物体的能量。 公式公式E=mc2 的单位问题的单位问题国际单位国际单位:
13、m用用“kg” C用用“m/s” E用用“J”常用单位常用单位: m用用“u(原子质量单位原子质量单位)” 1u=1.660565510-27kg E用用“MeV” 1uc2=931.5MeV ( (表示表示1u 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) )2、例题：一个质子和两个中子聚变为一个氚、例题：一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量核，已知质子质量mH=1.007 3 u，中子质量，中子质量mn=1.008 7 u，氚核质量，氚核质量m=3.018 0 u。(1)写出聚变方程；写出聚变方程； (2)释放出的核能多大？释放出的核能多大？ (3
14、)平均每个核子释放的能量是多大？平均每个核子释放的能量是多大？解：(1)聚变方程 (2)质量亏损 m=mH+2mn-m m=(1.007 3+21.008 7-3.018 0)u=0.006 7 u 释放的核能E = mc2=0.006 7uc2 E = 0.006 7931.5 MeV E 6.24 MeV(3)平均每个核子放出的能量为2.08Mev 2.1MeV2.1MeV只是组成只是组成1 1个氘核所放出的能量个氘核所放出的能量合成合成1mol氦放出的能量数量级约为氦放出的能量数量级约为1021J，大约是大约是1015度电度电 使使1 1摩的碳完全燃烧放出的能量摩的碳完全燃烧放出的能量3
15、93.5393.510103 3J J折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过不过4eV4eV 放出的能量相比，两者相差数十万倍放出的能量相比，两者相差数十万倍 核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释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放或吸收的能量大好几个数量级. 3. 有关问题的理解和注意事项有关问题的理解和注意事项第一，第一，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核子的质核子的质量量(质量亏损质量亏损),同时以同时以 光子形式光子形式释放核能释放核能; 原子核分解为核子时原子核分解为核子时,需要需要吸收一定能量吸收一定能量,核子核子的总质量的总质量大于大于原原子核的质量原原子核的质量.第二，第二，核反应过程中核反应过程中,质量亏损时质量亏损时,核子个数不亏损核子个数不亏损(即即质量数守恒质量数守恒),可理解为组成原子核后可理解为组成原子核后,核内每个核子仿核内每个核子仿佛佛“瘦了瘦了”一些一些.第三，第三，质量亏损并非质量消失质量亏损并非质量消失,而是减少的质量而是减少的质量 m以以能量形式辐射能量形式辐射(动质量动质量),因此因此质量守恒定律不被破坏质量守恒定律不被破坏.
