山东省成武一中高中物理 19.5 核力与结合能课件 新人教版选修35.ppt

知识与技能1 了解核力的概念 2 知道原子核中质子和中子的比例关系 3 了解爱因斯坦的质能方程 知道质量亏损的概念 4 会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能 过程与方法认识质能方程 情感 态度与价值观体验理论指导实践的重大意义 1 核力是存在于原子核里的 的相互作用 核力有以下特点 1 核力是 相互作用 的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力 得多 2 核力是短程力 作用范围在 m之内 3 每个核子 的核子发生核力作用 这种性质称为核力的饱和性 2 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 原子核的结合能与核子数之比 称做 也叫平均结合能 比结合能越大 原子核中核子结合得越 原子核越 3 物体的能量与它的质量之间的关系 即 4 原子核的质量 组成它的核子的质量之和 这个现象叫做质量亏损 质量亏损表明 的确存在着原子核的 答案 1 核子间强强力大1 5 10 15只跟邻近2 结合能比结合能牢固稳定3 e mc24 小于结合能 知识点1核力与四种基本相互作用组成原子核的相邻核子之间存在着一种特殊的力 这种力叫做核力 1 核力的特点 核力是强相互作用 强力 的一种表现 在它的作用范围内 核力比库仑力大得多 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 核力在大于0 8 10 15m时表现为吸引力 且随距离增大而减小 超过1 5 10 15m时 核力急剧下降几乎消失 而在距离小于0 8 10 15m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起 每个核子只跟相邻的核子发生核力作用 这种性质称为核力的饱和性 2 四种基本相互作用自然界中最基本的四种相互作用是 万有引力相互作用 电磁相互作用 强相互作用和弱相互作用 说明 万有引力相互作用和电磁相互作用是长程力 强相互作用和弱相互作用是短程力 在原子核内 除核力外还存在一种弱力 弱力是引起原子核发生 衰变的原因 即引起中子 质子转变的原因 弱力也是短程力 其力程比强力更短 为10 18m 作用强度比静电力更小 例1 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 答案 c 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c对 核力与万有引力 电磁力不同 故a b不对 核力与电荷无关 故d错 对应训练 1 下列关于对核力的认识 正确的是 a 核力是强相互作用的一种表现 比库仑力大得多b 核力存在于质子和中子 中子和中子之间 质子和质子之间只有库仑斥力c 核力是核子间相互吸引的力 是短程力d 核力只存在于相邻的核子之间 具有饱和性 解析 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 但当原子核大到一定程度时 核力将不足以平衡库仑力 a错误 相邻核子间都存在核力作用 b错误 d正确 核子间的距离小于0 8 10 15m时 核力表现为斥力 大于0 8 10 15m时表现为吸引力 c错误 答案 d 知识点2原子核中质子与中子的比例1 原子核中质子与中子的比例关系自然界中较轻的原子核 其质子数与中子数大致相等 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 如图19 5 1所示 图19 5 1 2 对质子和中子比例关系的理解 1 在1 5 10 15m范围内 核力起决定作用 在这个范围之外 库仑斥力起主要作用 2 原子核越大 有些核子间的距离越远 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的库仑力 这个原子核就不稳定了 这时 不再成对地增加质子和中子 而只增加中子 中子与其他核子没有库仑力 但有相互吸引的核力 所以有助于维系原子核的稳定 故在稳定的重原子核里 中子数比质子数多 3 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 一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用 这样即使再增加中子 原子核也是不稳定的 这也是原子核发生衰变的原因 知识点3结合能与质量亏损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 1 比结合能原子核的结合能与核子数之比 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牢固 原子核越稳定 2 质量亏损 质量亏损 组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差 叫做核的质量亏损 质能方程 原子核释放能量时 要产生质量亏损 物体的能量和质量之间存在着密切的联系 它们之间的关系是 e mc2 或 e mc2 这就是爱因斯坦质能方程 因此在计算核能时 可以通过先计算质量亏损 m 再代入质能方程求出核能 例2 中子n 质子p 氘核d的质量分别为mn mp md 现用能量为e的 射线照射静止的氘核使之分解 反应方程为 d p n 若分解后的中子 质子的动能可视为相等 则中子的动能是 答案 c 解析 核反应过程中的质量亏损 m md mp mn核反应过程中释放的能量 e mc2 md mp mn c2质子和中子的总动能为ek e e中子的动能是总动能的一半 故选项c是正确的 对应训练 2 中子和质子结合成氘核时 质量亏损 m 相应的能量 e mc2 2 2mev是氘核的结合能 下列说法正确的是 a 用能量小于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核不能分解为一个质子和一个中子b 用能量等于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和为零c 用能量大于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和为零 d 用能量大于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和不为零解析 只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时 才能分解为一个质子和一个中子 故a项正确 b项错误 根据能量守恒定律 光子能量大于氘核结合能 则多余的能量以核子动能形式呈现 故c项错 d项正确 答案 a d 核能的计算方法核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题 其计算的基本方法是 1 根据质量亏损计算 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 计算过程中 m的单位是千克 e的单位是焦耳 2 利用原子单位u和电子伏计算 明确原子单位u和电子伏特间的关系因1u 1 6606 10 27kg则e mc2 1 6606 10 27 3 0 108 2j 1 494 10 10j又1ev 1 6 10 19j则e 1 494 10 10j 931 5mev 根据1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 上式中 m的单位是u e的单位是mev 3 利用平均结合能来计算核能原子核的结合能 核子的平均结合核能 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 4 根据能量守恒和动量守恒来计算核能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到质量亏损 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 5 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 由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量e0 或直接从题目中找出e0 再根据e ne0求出总能量 例3 已知po原子核的质量为209 98287u pb原子核的质量为205 97446u he原子核的质量为4 00260u 静止的po核在 衰变中放出 粒子后变成pb 求 1 衰变过程中释放的能量 2 粒子从po核中射出时的动能 3 反冲核的动能 已知1u相当于931 5mev 且核反应释放的能量只转化为动能 答案 1 5 412mev 2 5 31mev 3 0 10mev m 209 98287 205 97446 4 00260 u 0 00581u衰变过程中释放的能量为 e 0 00581 931mev 5 41mev 2 衰变前后动量守恒 则衰变后 粒子和铅核的动量大小相等 方向相反 又因核反应释放的能量只转化为两者的动能 故ek ekpb e 5 41mev解得 粒子从钋核中射出时的动能ek 5 31mev 3 反冲核的动能ekpb 0 10mev 贫铀弹 带来的灾难有关资料显示 贫铀弹 以贫铀为主要原料 而贫铀则是从金属铀中提炼出铀235以后的副产品 其主要成分是具有低水平放射性的铀238 辐射半衰期长达42亿年 故称 贫化铀 贫铀弹 全称为贫化铀弹药 简称 贫铀弹 贫铀弹 能增加弹壳的强度 从而增强炮弹的穿透力 击穿坦克装甲和水泥工事 爆炸时产生的放射性物质不易消除 会对环境和人类食物链造成长期破坏 据专家认为 贫铀弹 对环境和人体的危害有两方面 其一是这种炸弹带有一定的放射性 会长久产生较强的辐射危害 生物体吸收核辐射的能量后 会使细胞内物质的分子和原子发生电离和激发等 直至引起物质代谢和能量代谢障碍 引起整个机体发生一系列病变 免疫力下降 导致癌症 不可逆肾损伤 生殖能力下降 心血管及神经系统的疾病率上升 其二是它爆炸后产生的粉尘和细小颗粒会对土壤和水源产生污染 爆炸时高温产生的铀蒸气也有毒 从而危害人体的健康 又据联合国环境规划署证实 贫铀弹 中含有只有在核工厂才能生产的浓缩铀 因此可能含有有毒的元素钚 钚的放射性比铀高出20万倍 化学毒性比铀强100万倍 即使人体吸入极微量的钚 也会危害健康 导致癌症 1991年1月17日 以美国为首的多国部队向伊拉克发动了代号为 沙漠风暴 的军事打击 并在世界战争史上首次使用贫铀弹 据美国五角大楼的文件称 美军在伊拉