核力与结合能(公开课)

第四节核力与结合能目标：1、知道核力的概念及其性质。2、认识原子核的结合能3、了解平均结合能。4、会利用质能方程求解结合能。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．第四节核力与结合能提出问题：质子间存在着巨大的库伦斥力，那为什么质子没有被排斥开，反而还紧紧的结合在一起呢？猜想：万有引力？m1410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？万库FF解：3610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。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。227112199222222)10(1010(10//）GmkerGmrke·能够把原子核中的各种核子联系在一起的强大的力，叫做核力。一、核力2.核力是短程力。约在10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力；距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起；距离为10×10-15m时核力几乎消失。1.核力是四种相互作用中的强相互作用的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。3.核力具有饱和性，即每个核子只跟相邻的核子发生核力作用。特点4.核力与电荷无关，它存在于质子、质子间，中子、中子间，质子、中子间。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。二、四种相互作用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，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。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1018m，作用强度则比电磁力小。·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，距离越远，力就越小。二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。根据功能关系，理由是什么？二结合能nHH101121HnH211011当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生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比结合能：结合能与核子数之比比结合能比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能1）概念：原子核的结合能与核子数之比2）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。3）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。2、比结合能：结合能核子数=如何求解原子核的结合能？HHn211110反应前质量/kg反应后质量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27总质量总质量3.3436×10－273.3475×10－27在物理上，反应后原子核的质量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？三质能方程E=mc2(1)物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比关系.对质能方程理解E=mc2的理解三质能方程E=mc2（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。HnH211011232232221)(1cmmmEEcmcmcmm1m2m3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。2mcE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三质能方程E=mc2ΔE三质能方程E=mc2HHn211110反应前质量/kg反应后质量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27总质量总质量3.3436×10－273.3475×10－27理论值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039×10－27kg2827－2)10×(3.0100.0039=Δmc=ΔEJ131051.3试验值：MevMev19.210106.11051.3619132.22Mev2mcE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。核能质量亏损三质能方程E=mc2三质能方程E=mc21、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。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。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。三质能方程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。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对应的运动质量增加3、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HnH211011m1m2m3ΔE(1)试证明，1原子质量单位u相当于931.50MeV的能量．1u=1.6606×10-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．证明：由爱因斯坦质能方程E=mc2得1u对应能量为E=mc2=1.6606×10-27×(2.9979×108)2J=1.4924×10-10J=(1.4924×10-10/1.6022×10-19)eV=931.50×106eV=931.50MeV中释放出多少能量？并求出一个铀衰变过程）。写出核反应方程，的原子量为（粒子）时，释放出（原子量为）衰变为（原子量为0026.40287.2280372.232.3422289023592HeThU公式ΔE=Δm·c2的单位问题国际单位:m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”常用单位:m用“u(原子质量单位)”1u=1.660566×10-27kg1u相当于931MeV例：m=0.0042uΔE=0.0042×931MeV=3.9102MeV(表示1u的质量变化相当于931MeV的能量改变)目标检测1、关于核力的说法正确的是（）A、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C、核力与万有引力性质相同D、核力是一种短程的强作用力B、D考查点：核力的性质目标检测2、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。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的是（)A、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B、E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能C、根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能D、ΔE=Δmc2表示发生的质量亏损Δm转变成为能量ΔE释放出来A、C3、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m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3,中子的质量为m4,则反应过程中释放的能量为：（）目标检测2321)(cmmm2421)(cmmm24321)(cmmmm22143)(cmmmmA、C、D、B、CnHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10422121nHeHH10423121核反应方程为：2mcE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，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常数为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A、核反应方程是HnH3110112)321(cmmmhD、γ光子的波长C、辐射出的γ光子的能量ΔE=（m3-m1-m2)c2B、聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3B小结1、核子之间的强相互作用力叫________。主要特点是__________,__________________.2、当核子结合成原子核时要_____(“吸收”或“放出”)一定的能量，原子核分解成核子时，要_____(“吸收”或“放出”)同样的能量，这个能量叫做原子核的结合能。3、结合能与核子数之比称___________,平均结合能______(“越大”“越小”)表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。4、求解原子核的结合能的方法是：核力短程力强相互作用（强力）吸收放出平均结合能越大2mcE根据爱因斯坦质能方程E=mc2，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，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，这对解决人类的能源危机具有重要意义。结束语作业：1、上交作业P831、22、课后思考：利用核能有哪几种途径？预习第五节裂变和聚变