物理选修3-5-19.5核力与结合能

物理课室§19.5核力与结合能人教版选修3—51、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。物理课室回顾：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物理课室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物理课室一核力及其性质核力：相邻的核子之间存在的强相互作用力。2、核力的性质（1）核力是强相互作用力；在原子核尺度内，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。（距离大于2×10-15m时核力迅速减小到零)1、概念：物理课室原子核中质子和中子的比例①稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数大致相等；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。物理课室②稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？原子核中质子和中子的比例重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。物理课室原子核中质子和中子的比例不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们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核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。③若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？物理课室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？物理课室结合能①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价－－失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。微观模型：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中物理课室二结合能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或是将核子结合成原子核所放出的能量物理课室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，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物理课室(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。物理课室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物理课室三质能方程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实验值：MevMev19.210106.11051.3619132.22Mev物理课室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物理课室【讨论与交流】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。（2）关系式ΔE=Δmc2中的质量亏损表明在核反应时质量不守恒。物理课室三质能方程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物理课室【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？四平均结合能如何才能反映原子核的稳定程度？U-235Li-6物理课室四平均结合能1）概念：原子核的结合能与核子数之比2）理解：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，外界必须提供给每个核子的平均能量。2、平均结合能：结合能核子数=3）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。物理课室物理课室四平均结合能1）概念：原子核的结合能与核子数之比3）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。4）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）理解：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，外界必须提供给每个核子的平均能量。2、平均结合能：结合能核子数=物理课室目标检测1、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：核力的性质物理课室目标检测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、C物理课室3、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物理课室目标检测（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HnH3110112321)(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物理课室小结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物理课室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。结束语这个光荣而由艰巨的任务，就有同学们去完成了！物理课室作业：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