高中物理 第十九章 第5节 核算力与结合能课件 新人教版选修35.ppt

第十九章 第5节 新知预习 巧设计 名师课堂 一点通 创新演练 大冲关 随堂检测归纳小结 课下作业综合提升 要点一 要点二 1 了解自然界中存在的四种基本相互作用及核力的特点 2 知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小 3 认识原子核的结合能和比结合能的概念 4 知道质量亏损 理解爱因斯坦的质能方程并能进行有关的计算 1 核力与四种基本相互作用 1 核力 定义 原子核内之间的相互作用力 特点 核力是的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力 核力是短程力 作用范围在之内 核力的饱和性 每个核子只跟的核子发生核力作用 核子 强相互作用 大得多 邻近 1 5 10 15m 2 四种基本相互作用 关键一点 核子间的核力不仅仅表现为引力 当核子间距离小于0 8 10 15m时表现为斥力 这正是核子不会融合在一起的原因 2 原子核中质子与中子的比例原子核是由质子和中子组成 较轻的原子核 质子数与中子数 但对于较重的原子核 中子数质子数 越重的元素 这是因为核子数越多时 有些核子间的距离 核力会迅速减小 使核力不足以平衡质子的库仑斥力 使原子核不稳定 可见原子核的粒子数不是无限多的原因是核力的 大致相等 大于 相差越大 越大 饱和性 关键一点 1 质子间核力不能平衡它们之间的库仑力会导致原子核的不稳定 2 由于核力具有饱和性 如果无限制地增大原子核也会导致原子核不稳定 3 结合能与质量亏损 1 结合能 把结合成原子核的核子分开所的能量或核子在核力作用下结合成原子核的能量 2 比结合能 原子核的结合能与之比称做比结合能 也叫平均结合能 比结合能越大 表示原子核中核子结合得越 原子核越 的核的比结合能最大 最稳定 需要 释放 核子数 牢固 稳定 中等大小 3 质量亏损 爱因斯坦质能方程 质量亏损原子核的质量组成它的核子的质量之和的现象 若在核反应前后质量亏损为 m 则核反应释放的核能 e 关键一点 核反应中质量亏损并不是核子个数的减少 核子个数是不变的 是原子核的质量总是小于其全部核子质量的和产生的 e mc2 小于 mc2 1 对于核力 以下说法正确的是 a 核力是弱相互作用 作用力很小b 核力是强相互作用 是强力c 核子之间的距离小于0 8 10 15m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起d 人们对核力的了解很清楚 特别是在小于0 8 10 15m时核力的变化规律更清楚 解析 核力是强相互作用 故a错 b正确 核力的作用范围是1 5 10 15m以内 为短程力且大于0 8 10 15m表现为引力 小于0 8 10 15m表现为斥力 故c正确 目前对核力的了解还不够 对小于0 8 10 15m时的核力还不清楚 故d错 答案 bc 2 氦原子核由两个质子与两个中子组成 这两个质子之间存在着万有引力 库仑力和核力 则3种力从大到小的排列顺序是 a 核力 万有引力 库仑力b 万有引力 库仑力 核力c 库仑力 核力 万有引力d 核力 库仑力 万有引力解析 核力是强相互作用力 氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的 可见核力远大于库仑力 微观粒子的质量非常小 万有引力小于库仑力 故d选项正确 答案 d 3 关于原子核中质子和中子的说法 正确的是 a 原子核中质子数和中子数一定相等b 稳定的重原子核里 质子数比中子数多c 原子核都是非常稳定的d 由于核力的作用范围是有限的 以及核力的饱和性 如果继续增大原子核 形成的核一定是不稳定的解析 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 稳定的重原子核里 中子数要比质子数多 故正确答案为d 答案 d 4 对结合能 平均结合能的认识 下列说法正确的是 a 一切原子核均具有结合能b 自由核子结合为原子核时 可能吸收能量c 结合能越大的原子核越稳定d 平均结合能越大的原子核越稳定解析 氢原子核只有一个质子不具有结合能 故a错 自由核子结合为原子核时 放出能量 故b错 平均结合能越大的原子核越稳定 故c错 d正确 答案 d 1 比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图19 5 1所示 图19 5 1 从图中可看出 中等质量原子核的比结合能最大 轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小 2 比结合能与原子核稳定性的关系 1 比结合能的大小能够反映核的稳定程度 比结合能越大 原子核就越难拆开 表示该核就越稳定 2 核子数较小的轻核与核子数较大的重核 比结合能都比较小 表示原子核不太稳定 中等核子数的原子核 比结合能较大 表示原子核较稳定 3 当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时 就可释放核能 例如 一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核 或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核 都能释放出巨大的核能 名师点睛 比结合能比结合能更有意义 它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度 解析 聚变反应前氘核和氚核的总结合能e1 1 09 2 2 78 3 mev 10 52mev 反应后生成的氦核的结合能e2 7 03 4mev 28 12mev 由于单个核子无结合能 所以聚变过程释放出的能量 e e2 e1 28 12 10 52 mev 17 6mev 答案 17 6mev 原子核的结合能 核子的平均结合能 核子数 核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差 就是该次核反应所释放 或吸收 的核能 1 对质量亏损的理解在核反应中仍遵循质量守恒和能量守恒的规律 核反应中的质量亏损 并不是这部分质量消失或质量转变为能量 物体的质量应包括静止质量和运动质量 质量亏损是静止质量的减少 减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量 反过来 把原子核分裂成核子 总质量要增加 总能量也要增加 增加的能量要由外部供给 总之 物体的能量和质量之间存在着密切的联系 它们之间的关系就是e mc2 2 对质能方程e mc2的理解 1 质能方程说明 一定的质量总是跟一定的能量相联系的 具体地说 一定质量的物体所具有的总能量是一定的 等于光速的平方与其质量之积 这里所说的总能量 不是单指物体的动能 核能或其他哪一种能量 而是物体所具有的各种能量的总和 2 根据质能方程 物体的总能量与其质量成正比 物体质量增加 则总能量随之增加 质量减少 总能量也随之减少 这时质能方程也写作 e mc2 3 核能的计算方法 1 根据质量亏损计算 其步骤如下 根据核反应方程 计算核反应前和核反应后的质量亏损 m 根据爱因斯坦质能方程e mc2或 e mc2计算核能 2 利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算 明确原子质量单位u和电子伏特间的关系 1u相当于931 5mev 根据 原子质量单位u相当于931 5mev能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931 5mev 即 e m 931 5mev 3 根据能量守恒和动量守恒来计算 参与核反应的粒子所组成的系统 在核反应过程中的动量和能量是守恒的 因此 在题给条件中没有涉及质量亏损 或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下 从动量和能量守恒可以计算出核能的变化 4 应用阿伏加德罗常数计算核能 若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量 应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便 名师点睛 1 核反应中释放的核能是由于核力做功引起的 2 利用不同的公式计算核能时 要注意质量的单位 用 e mc2进行运算时 m的单位是千克 得到的 e的单位是焦耳 用 e m 931 5mev进行运算时 m的单位必须是原子质量单位u 2 用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核 b 产生锂核 li 和 粒子 已知中子质量mn 1 008665u 硼核质量mb 10 01677u 锂核质量mli 7 01822u 粒子质量m 4 00260u 1 写出该反应的核反应方程 2 求出该反应放出的能量 e 3 若核反应中放出的能量全部变成生成物的动能 则锂核和 粒子的动能各是多