高中物理 第19章 原子核 5 核力与结合能课件 新人教版选修35.ppt

第十九章 5核力与结合能 学习目标1 知道核力的概念 特点和四种基本相互作用 2 了解结合能和比结合能的概念 3 认识原子核的结合能及质量亏损 并能应用质能方程进行相关的计算 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 核力与四种基本相互作用 1 有的同学认为 原子核内质子间的库仑斥力 与质子 中子间的万有引力平衡而使原子达到稳定状态 这种说法正确吗 答案不正确 在相同的距离上 质子之间的库仑力的大小大约比万有引力强1035倍 两者相差悬殊 不可能平衡 2 是什么力克服质子之间的库仑斥力 使核子结合成一个稳固的原子核的 答案核子间 质子与质子 中子与中子 质子与中子 存在着一种比库仑力大得多的核力 答案 核力及特点1 核力 原子核里的间存在着相互作用的核力 把核子紧紧地束缚在核内 形成稳定的原子核 2 核力特点 1 核力是核子间的的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力 2 核力是 作用范围在之内 在大于0 8 10 15m时表现为 超过1 5 10 15m时 核力急剧下降几乎消失 而距离小于0 8 10 15m时 核力表现为 核子 核力 强相互作用 大得多 短程力 吸引力 斥力 1 5 10 15m 3 每个核子只跟的核子发生核力作用 这种性质称为核力的 4 核力与核子是否带电无关 质子与质子间 质子与中子间 中子与中子间都可以有核力作用 3 四种基本相互作用 饱和性 邻近 更短 电磁力 万有引力 判断下列说法的正误 1 原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的 2 核力是强相互作用力 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 3 弱相互作用的力程比强力更短 4 弱相互作用是引起原子核 衰变的原因 二 原子核中质子与中子的比例 答案质子数与中子数相等 答案 3 试从核力的特点及核力的饱和性对上述现象做出解释 并说明原子核能无限地增大吗 答案稳定的重原子核里 中子数要比质子数多 由于核力作用范围有限 以及核力的饱和性 如果继续增大原子核 一些核子间距离会大到其间根本没有核力作用 这时即使再增加中子 形成的核也一定是不稳定的 所以原子核不能无限地增大 答案 由于核力是力及核力的饱和性 自然界中较轻的原子核 质子数与中子数大致相等 但较重的原子核 中子数质子数 越重的原子核 两者相差越 短程 大于 多 判断下列说法的正误 1 在原子核的组成中 质子数等于中子数 2 原子核大到一定程度 原子核就不稳定了 3 在宇宙演化过程中 只有稳定的原子核长久地留了下来 4 稳定的重原子核里 质子数比中子数多 三 结合能和质量亏损 答案质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量 氘核分解成质子和中子时要吸收能量 答案 1 设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核 质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量 使氘核分解为质子和中子的过程中呢 2 如图1所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线 图1 1 从图中看出 中等质量的原子核与重核 轻核相比比结合能有什么特点 比结合能的大小反映了什么 答案中等质量的原子核比结合能较大 比结合能的大小反映了原子核的稳定性 比结合能越大 原子核越稳定 答案 2 比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量 答案释放能量 答案 1 对结合能的理解 1 结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的 要把它们 需要能量 这就是原子核的结合能 2 比结合能 原子核的结合能与之比称为比结合能 比结合能越大 表示原子核中核子结合得越 原子核越 3 核子数较小的轻核和核子数较大的重核 比结合能 的原子核 比结合能较大 当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会核能 分开 核子数 牢固 稳定 较小 中等核子 数 释放 2 对质能方程和质量亏损的理解 1 质能方程爱因斯坦的相对论指出 物体的能量和质量之间存在着密切的联系 其关系是e 2 质量亏损 质量亏损 并不是质量消失 减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了 物体质量增加 则总能量随之 质量减少 总能量也随之 这时质能方程也写作 e mc2 增加 减少 mc2 判断下列说法的正误 1 一切原子核均具有结合能 2 组成原子核的核子越多 它的结合能就越高 3 结合能越大 核子结合得越牢固 原子越稳定 4 自由核子结合为原子核时 可能吸收能量 题型探究 一 对结合能的理解1 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的关系 1 比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度 比结合能越大 原子核就越难拆开 表示该原子核就越稳定 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 就能释放核能 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 解析 例1下列关于结合能和比结合能的说法中 正确的是a 核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能b 比结合能越大的原子核越稳定 因此它的结合能也一定越大c 重核与中等质量原子核相比较 重核的结合能和比结合能都大d 中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 答案 解析核子结合成原子核是放出能量 原子核拆解成核子是吸收能量 a选项错误 比结合能越大的原子核越稳定 但比结合能越大的原子核 其结合能不一定大 例如中等质量原子核的比结合能比重核大 但由于核子数比重核少 其结合能比重核小 b c选项错误 中等质量原子核的比结合能比轻核的大 它的原子核内核子数又比轻核多 因此它的结合能也比轻核大 d选项正确 1 核子结合成原子核时一定释放能量 原子核分开成核子时一定吸收能量 吸收或释放的能量越大 表明原子核的结合能越大 2 比结合能越大表明原子核越稳定 一般情况下 中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大 二 质量亏损和核能的计算 例2h的质量是3 016050u 质子的质量是1 007277u 中子的质量为1 008665u 求 质量亏损1u相当于释放931 5mev的能量 1 一个质子和两个中子结合为氚核时 是吸收还是放出能量 该能量为多少 解析 答案放出7 97mev 答案 反应前各核子总质量为mp 2mn 1 007277 2 1 008665 u 3 024607u 反应后新核的质量为mh 3 016050u 质量亏损为 m 3 016050 3 024607 u 0 008557u 因反应前的总质量大于反应后的总质量 故此核反应放出能量 释放的核能为 e 0 008557 931 5mev 7 97mev 2 氚核的结合能和比结合能各是多少 解析 答案7 97mev2 66mev 答案 针对训练一个锂核 li 受到一个质子的轰击 变成两个 粒子 已知质子的质量是1 6736 10 27kg 锂核的质量是11 6505 10 27kg 氦核的质量是6 6466 10 27kg 1 写出上述核反应的方程 解析 答案 2 计算上述核反应释放出的能量 解析 答案 答案2 781 10 12j 解析核反应的质量亏损 m mli mp 2m 11 6505 10 27 1 6736 10 27 2 6 6466 10 27 kg 3 09 10 29kg释放的能量 e mc2 3 09 10 29 3 108 2j 2 781 10 12j 1 计算过程中 m的单位是kg e的单位是j 2 若 m的单位是u e的单位是mev 可直接利用公式 e m 931 5mev来计算核能 达标检测 1 下列关于核力的说法正确的是a 核力同万有引力没有区别 都是物体间的相互作用b 核力就是电磁力c 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内d 核力与电荷有关 1 2 3 答案 解析 4 解析核力是短程力 超过1 5 10 15m 核力急剧下降几乎消失 故选项c正确 核力与万有引力 电磁力不同 故选项a b错误 核力与电荷无关 故选项d错误 2 多选 关于原子核中质子和中子的比例 下列说法正确的是a 原子核中质子和中子的个数一定相等b 稳定的重原子核里 中子数要比质子数多c 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d 质子和中子可以组合成任意稳定的核 1 2 3 答案 4 3 多选 关于原子核的结合能 下列说法正确的是a 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量b 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能c 铯原子核 cs 的结合能小于铅原子核 pb 的结合能d 比结合能越大 原子核越不稳定 1 2 3 答案 解析 4 1 2 3 解析结合能是把核子分开所需的最小能量 选项a正确 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 存在质量亏损 核子比结合能增大 衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 选项b正确 核子数越多