物理物理课室课室 物理物理课室课室第四节第四节 核力与结合能核力与结合能目标：目标：1、知道核力的概念及其性质知道核力的概念及其性质2、认识原子核的结合能、认识原子核的结合能3、了解平均结合能了解平均结合能4、会利用质能方程求解结合能会利用质能方程求解结合能★ 物理物理课室课室回顾：原子核的组成回顾：原子核的组成 原子核是由质子和中子原子核是由质子和中子组成组成的，质子和中子统的，质子和中子统称为称为核子核子．．第四节第四节 核力与结合能核力与结合能提出问题：提出问题：质子间存在着巨质子间存在着巨大的库伦斥力，那为什么质大的库伦斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？紧的结合在一起呢？猜想：猜想：万有引力？万有引力？ 物理物理课室课室一一 核力及其性质核力及其性质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的数量级的数量级为为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的数量级为的数量级为10-11，，静电力常量静电力常量k的数量级为的数量级为109。
估算库估算库仑力与万有引力之比？仑力与万有引力之比？解：解：结论：结论：原子核中的质子要靠自身的万有引力来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抗衡相互间的库仑力是不可能的再猜想：再猜想：在核子之间一定存在着第三种力，使核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子能紧密的结合在一起————核力 物理物理课室课室一一 核力及其性质核力及其性质核力：核力：相邻的核子之间存在的强相互作用力相邻的核子之间存在的强相互作用力2、核力的性质、核力的性质（（1）核力是强相互作用力；）核力是强相互作用力；在原子核尺度内，在原子核尺度内， 核力比库仑力大得多核力比库仑力大得多2）核力是短程力，只存在于相邻核子之间核力是短程力，只存在于相邻核子之间 （距离大于（距离大于2×10-15m时核力迅速减小到零时核力迅速减小到零)1、概念：、概念： 物理物理课室课室二二 结合能结合能要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大的能量大的能量根据功能关系，理由是什么？根据功能关系，理由是什么？ 物理物理课室课室二二 结合能结合能当光子能量等于或当光子能量等于或大于大于2.22MeV时，时，这个反应才会发生这个反应才会发生 一个质子和一个中子一个质子和一个中子结合成氘核，要放出结合成氘核，要放出2.22MeV的能量的能量 结合能：结合能：将原子核拆散成单个核子需要吸收的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能量或是将核子结合成原子核所放出的能量 物理物理课室课室如何求解原子核的结合能？如何求解原子核的结合能？反应前质量反应前质量/kg反应后质量反应后质量/kgmn1.6749×10－－27m氘氘3.3436×10－－27mp1.6726×10－－27总质量总质量总质量总质量3.3436×10－－273.3475 ×10－－27在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子在物理上，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，这两者的差额叫做独自存在时的总质量，这两者的差额叫做质量亏损质量亏损 原子核的结合能会不会与质量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？亏损有关呢？你的依据是什么？ 三三 质能方程质能方程 E=mc E=mc2 2 物理物理课室课室 (1) 物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系关系.对质能方程理解对质能方程理解E=mc2的理解的理解三三 质能方程质能方程 E=mc E=mc2 2（（2）任何质量为）任何质量为m的物体都具有大小相当于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）物体的质量发生变化，相对应的能量也会变化 物理物理课室课室m1m2m3根据质能方程根据质能方程E=mc2和能量守恒定律，推导出和能量守恒定律，推导出γγ光子的能量光子的能量( (即氘核的结合能）即氘核的结合能）并总结出求结合能的方法并总结出求结合能的方法计算结合能时，先计算计算结合能时，先计算质量亏损质量亏损ΔmΔm，在带入，在带入质能方程求出结合能质能方程求出结合能三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2ΔEΔE 物理物理课室课室三三 质能方程质能方程 E=mcE=mc2 2反应前质量反应前质量/kg反应后质量反应后质量/kgmn1.6749×10－－27m氘氘3.3436×10－－27mp1.6726×10－－27总质量总质量总质量总质量3.3436×10－－273.3475 ×10－－27理论值：理论值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039 ×10－27kg试验值：试验值：2.22Mev 物理物理课室课室计算结合能时，先计算计算结合能时，先计算质量亏损质量亏损ΔmΔm，在带入，在带入质能方程求出结合能质能方程求出结合能计算任意核反应中释放计算任意核反应中释放的核能，先计算质量亏的核能，先计算质量亏损损ΔmΔm，在带入质能方，在带入质能方程求出核能。
程求出核能核能核能质量亏损质量亏损三三 质能方程质能方程 E=mc E=mc2 2 物理物理课室课室【讨论与交流】【讨论与交流】三三 质能方程质能方程 E=mc E=mc2 21、质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对、质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对象不同，相互之间不能转化象不同，相互之间不能转化下面说法是否正确并说明理由下面说法是否正确并说明理由1）由质能方程）由质能方程E=mc2，可推得，可推得ΔE=Δmc2,这说明质量这说明质量就是能量，质量可以转化为能量就是能量，质量可以转化为能量2、质能方程揭示了质量与能量的不可分割性，、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是这两个量相互转化2）关系式）关系式ΔE=Δmc2中的质量亏损表明在核反应时中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒质量不守恒 物理物理课室课室三三 质能方程质能方程 E=mc E=mc2 2【讨论与交流】【讨论与交流】下面说法是否正确并说明理由下面说法是否正确并说明理由2）关系式）关系式ΔE=Δmc2中的质量亏损表明在核反应时中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。
质量不守恒1、质量包括静止质量和运动质量两部分组成、质量包括静止质量和运动质量两部分组成2、、 ΔE=Δmc2中中Δm可以理解为静止质量的亏损，可以理解为静止质量的亏损， 也可以理解为释放的能量也可以理解为释放的能量ΔE对应的运动质量增加对应的运动质量增加3、因此质量亏损不能简单地认为质量减少，质量亏损的、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核反应中的客观体现m1m2m3ΔEΔE 物理物理课室课室【思考】：结合能越大原子核是不是越难被拆散？【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？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？四四 平均结合能平均结合能如何才能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？U-235Li-6 物理物理课室课室四四 平均结合能平均结合能1）概念：）概念：原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比2）理解：）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子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。
核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量 2、平均结合能：、平均结合能：结合能结合能核子数核子数=3）意义：）意义：它反映了一个原子核稳定程度平均它反映了一个原子核稳定程度平均结合能越大，核越稳定结合能越大，核越稳定 物理物理课室课室 物理物理课室课室四四 平均结合能平均结合能1）概念：）概念：原子核的结合能与核子数之比原子核的结合能与核子数之比3）意义：）意义：它反映了一个原子核稳定程度平均结合能越它反映了一个原子核稳定程度平均结合能越大，核越稳定大，核越稳定4）规律：）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性稳定性较差较差;中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好 2）理解：）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放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必须提供给每个核子的平均能量 2、平均结合能：、平均结合能：结合能结合能核子数核子数= 物理物理课室课室 目标检测目标检测1、一下关于核力的说法正确的是、一下关于核力的说法正确的是 （（ ））A、核力存在于任何核子之间、核力存在于任何核子之间B、核力只存在于相邻的核子之间、核力只存在于相邻的核子之间C、核力与万有引力性质相同、核力与万有引力性质相同D、核力是一种短程的强作用力、核力是一种短程的强作用力B、、D考查点：核力的性质考查点：核力的性质 物理物理课室课室 目标检测目标检测2、联合国将、联合国将2005年定为年定为“国际物理年国际物理年”，以纪，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。
对于爱因斯念爱因斯坦对物理学的巨大贡献对于爱因斯坦提出的质能方程坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的，下列说法中正确的是（是（ )A、、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比表明物体具有的能量与其质量成正比B、、 E=mc2中的中的E表示发生核反应过程中释放的表示发生核反应过程中释放的核能核能C、、 根据根据ΔΔE= Δ mc2 可以计算核反应中释放的可以计算核反应中释放的核能核能D、、 Δ E= Δ mc2 表示发生的质量亏损表示发生的质量亏损Δ m转变成转变成为能量为能量Δ E释放出来释放出来A、、C 物理物理课室课室3、当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，、当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，设氘核的质量为设氘核的质量为m1，氚核的质量为，氚核的质量为m2，氦核的，氦核的质量为质量为m3,中子的质量为中子的质量为m4,则反应过程中释放则反应过程中释放的能量为：的能量为： （（ ）） 目标检测目标检测A、、C、、D、、B、、C核反应方程为：核反应方程为： 物理物理课室课室 目标检测（拓展）目标检测（拓展）4、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个同时辐射一个γγ光子。
已知质子、中子、氘核的光子已知质子、中子、氘核的质量分别为质量分别为m m1 1、、m m2 2、、m m3 3，普朗克常数为，普朗克常数为h h，真空中，真空中的光速为的光速为c c，下列说法正确的是，下列说法正确的是（（ ））A A、核反应方程是、核反应方程是D、、 γ光子的波长光子的波长C、辐射出的、辐射出的γ光子的能量光子的能量Δ E=（（m3-m1-m2)c2B、聚变反应中的质量亏损、聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3B 物理物理课室课室 小结小结1、核子之间的强相互作用力叫、核子之间的强相互作用力叫________主要特点是特点是__________,__________________.2、当核子结合成原子核时要、当核子结合成原子核时要_____ (“吸收吸收”或或“放出放出”)一定的能量，原子核分解成核子时，一定的能量，原子核分解成核子时，要要_____ (“吸收吸收”或或“放出放出”)同样的能量，这同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能个能量叫做原子核的结合能3、结合能与核子数之比称、结合能与核子数之比称___________,平均结平均结合能合能______ (“越大越大”“越小越小”)表示原子核中核表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
子结合得越牢固，原子核越稳定4、求解原子核的结合能的方法是：、求解原子核的结合能的方法是：核力核力短程力短程力强相互作用（强力）强相互作用（强力）吸收吸收放出放出平均结合能平均结合能越大越大 物理物理课室课室 根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程E=mc2，，物质内贮藏着物质内贮藏着巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来，巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来，供人类所使用，迄今为止，人类所利用的能量还供人类所使用，迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量，获得更为可观的能量， 这对解决人类的能源危机这对解决人类的能源危机具有重要意义具有重要意义结束语结束语这个光荣而由艰巨的任务，就有同学们去完成了！这个光荣而由艰巨的任务，就有同学们去完成了！ 物理物理课室课室作业：作业：1、上交作业 P83 1、22、课后思考：利用核能有哪几种途径？、课后思考：利用核能有哪几种途径？ 预习第五节预习第五节 裂变和聚变裂变和聚变 。