人教版高中物理第一节 核力与核能.ppt

第一节 核力与核能 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 电荷数=质子数 相对质量（质量数）=质子数+中子数=核子数 原子核的半径约为10-15m , 只 相当原子半径的万分之一。在这 么小的空间里带正电的质子与质 子间的库仑斥力是很大，万有引 力太小，只有库仑力的10-36倍。 而通常原子核是稳定的,于是核内 还应有另一种力把各种核子紧紧 拉在一起, 此力称为核力。 核力 mp mp 库仑力 库仑力 万有 引力 万有 引力 核力 核子靠什么力结合成原子核？ 核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力 核力的特点： 一、核力： 2. 核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离 大于0.810-15m时为引力, 距离为1010-15m时核力几乎消 失，距离小于0.810-15m时为斥力。 3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产 生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 4. 核力具有电荷无关性。 1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的 一种表现。（四种相互作用力分别是引力、电磁力、弱 力、强力。） 核素图与核的稳定性 自然界中较轻的原子 核，质子数与中子数 大致相等，但对于较 重的原子核，中子数 大于质子数，越重的 元素，两者相差越多 。 为什么会这样呢？ 核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加 ，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核 大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之 间的库仑力，这个原子核就不稳定了。 这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他 核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核 的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子 数多。 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核 ，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这 时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的 。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合 ，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的 原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素， 则正在瓦解之中。 由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合 成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的 能量变化 可见，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个 能量叫做原子核的结合能 二、结合能 平均结合能：结合能与核子数之比，称做为 平均结合能。 平均结合能越大，表示原子核中核子结合得 越牢固，原子核越稳定。 一、核力与核能 结合能与平均结合 能 原子核的结合能： 核子结合成原子核 所释放的能量。 平均结合能：是指 核子结合成原子核 时每个核子平均放 出的能量，也是把 原子核重新分解成 自由核子时每个核 子平均吸收的能量 。平均结合能越大 ，原子核越难分离 。 特点： 1、重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能小 ， 重核裂变成中等质量的核会放出能量。 2、轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能小， 轻核聚集成较重的核会放出能量。 一、核力与核能 质能方程与质量 亏损 emc2 e mc2 实验发现，任何一个原子 核的质量总是小球组成它 的所有核子的质量之和， 这一差值叫做质量亏损。 核子平均质量 核子的平均质量与原子序数之间的关系 d e f z b c a fefe 三、质量亏损 1、例题： 中子的质量 =1.67491027kg 质子的质量 = 1.67261027kg 中子和质子的质量和 = 3.34751027kg 氘核的质量 = 3.34361027kg 质量差 = 0.00391027kg 2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子 结合成原子核时，质量减少。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。 爱因斯坦质能方程 e=mc2 式中c是真空中的光速，m是物体的质 量，e是物体的能量。 核子在结合成原子核时出 现的质量亏损m，正表 明它们在互相结合过程中 放出了能量 e=mc2 3、有关问题的理解和注意事项 第一.核反应过程中: 核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质 量(质量亏损),同时以光子形式释放核能; 原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子 的总质量大于原原子核的质量. 第二.核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质 量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“ 瘦了”一些. 第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能 量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏. 第四.公式e=mc2 的单位问题 国际单位: m用“kg” c用“m/s” e用“j” 常用单位: m用“u(原子质量单位)” 1u=1.66056610-27kg e用“uc2” 1uc2=931.56mev (表示1u 的质量变化相当于931.56me v的能量改 变) 第五.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. 2、一个氢原子质量是 ，一个锂原子 的质量是 ，一个氦原子的质量是 ，则当一个锂核受到一个质子的 轰击，变成两个氦核时所释放的能量是多少？ 1.673610-27kg 11.650510-27kg 6.646610-27kg 有人说，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结 合能是质量变成了能量，说法是否正确？ 按爱因斯坦相对论，物体的质量与速度有关，速度越 大，物体的质量越大，当物体的速度小于光速时，运 动质量和静止质量差别不大，前面质子、中子、原子 核的质量均为静止质量，质量亏损是静止质量发生了 变化，能量以光子形式辐射出去，光子无静止质量。 光子运动质