高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能课件1 新人教版选修35.ppt

5 核力与结合能 自学线索 学基础导学 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 强力 核力是 相互作用的一种表现 在它的作用范围内 核力比库仑力大得多 2 短程力 核力是 作用范围在 m之内 3 核力的饱和性 每个核子只跟 的核子发生核力作用 这也称为核力的 一 核力与四种基本相互作用 核子 核力 强 短程力 10 15 相邻 饱和性 3 四种基本相互作用 1 较轻原子核 质子数和中子数大致相等 2 较重原子核 中子数 质子数 越重的元素 两者相差 二 原子核中质子与中子的比例 大于 越多 1 结合能 克服核力束缚 原子核分解为单个核子时 的能量 或若干个核子在核力作用下结合成原子核时 的能量 2 比结合能 原子核的结合能与 之比 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 中等大小的核的结合能最大 最稳定 三 结合能 吸收 放出 核子数 牢固 稳定 1 爱因斯坦质能方程 e 1 物体具有的能量与它的质量成正比 物体的能量增大了 质量也 能量减小 质量 四 质量亏损 mc2 增大 减小 2 任何质量为m的物体都具有大小都相当于 的能量 3 在国际单位制中 e m c的单位分别取 4 由e mc2得 e e对应着 m质量 2 质量亏损 原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象 mc2 焦耳 千克 米 秒 mc2 小于 讲要点例析 对核力的理解 1 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 2 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 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 3 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 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 答案 c 1 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 核力间的距离小于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 质能方程和质量亏损的理解 1 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 运用质能方程时应注意单位 一般情况下 公式中各量都应取国际单位 但在微观领域 用国际制单位往往比较麻烦 习惯上常用 原子质量单位 和 电子伏特 作为质量和能量的单位 3 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 2 质量亏损 m的理解所谓质量亏损 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 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 下列说法中 正确的是 a 爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量 它们之间可以相互转化b 由e mc2可知 能量与质量之间存在着正比关系 可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度c 核反应中发现的 质量亏损 是消失的质量转变为能量d 因为在核反应中能产生能量 有质量的转化 所以系统只有质量数守恒 系统的总能量和总质量并不守恒 解析 e mc2说明能量和质量之间存在着联系 即能量与质量之间存在着正比关系 但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系 故a项错误 而b项正确 核反应中的 质量亏损 并不是质量消失 实际上是由静止的质量变成运动的质量 并不是质量转变成能量 故c项错误 在核反应中 质量守恒 能量也守恒 在核反应前后只是能量的存在方式不同 总能量不变 在核反应前后只是物质由静质量变成动质量 故d项错误 故选b 本题易错选为a d 错误分析 认为质能方程e mc2反映的物体的质量就是能量 它们之间可以相互转化 故认为a项正确 由于在核反应中有能量产生且有质量亏损 就错误地认为有质量的转化 认为在反应前后总能量不守恒 总质量亦不守恒 故认为d项正确 2 1为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献 联合国将2005年定为 国际物理年 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 根据 e mc2可以计算核反应中释放的核能c 一个中子和一个质子结合成氘核时 释放出核能 表明此过程中出现了质量亏损d e mc2中的e是发生核反应中释放的核能 解析 爱因斯坦质能方程e mc2 定量地指出了物体能量和质量之间的关系 a正确 由质能方程知 当物体的质量减少时 物体的能量降低 向外释放了能量 反之 若物体的质量增加了 则物体的能量升高 表明它从外界吸收了能量 所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化 故b c正确 d错误 答案 abc 方法一 根据质量亏损计算其步骤如下 1 根据核反应方程 计算核反应前和核反应后的质量亏损 m 2 根据爱因斯坦质能方程 e mc2计算核能 核能的计算 小专题 已知氘核的质量md 3 3446 10 27kg 如果用入射光子照射氘核使其分为一个质子和中子 质子质量mp 1 6726 10 27kg 中子质量mn 1 6749 10 27kg 求入射光子的能量 解析 氘核分解为质子和中子 增加的质量 m mp mn md 1 6726 1 6749 3 3446 10 27kg 0 0029 10 27kg 吸收 光子能量e mc2 0 0029 10 27 3 108 2j 2 61 10 13j 答案 2 61 10 13j 3 1原子质量单位为 u 1u 931 5mev 真空中光速为c 当质量分别为m1 kg 和m2 kg 的原子核结合为质量为m kg 的原子核时释放的能量是 a m m1 m2 uc2 j b m1 m2 m u 931 5 j c m1 m2 m c2 j d m1 m2 m 931 5 ev 解析 题目中的质量单位是 kg 因此用 e mc2求解 答案 c 解析 反应前总质量mn mhe 18 01122u 反应后总质量m0 mh 18 01269u 因为反应中质量增加 所以此反应为吸能反应 所吸收的能量为 e mc2 m0 mh mn mhe c2 18 01269 18 01122 931 5mev 1 4mev 答案 吸能1 4mev 4 1碳12原子的质量是12 000000u 可以看作是由6个氢原子 每个氢原子的质量是1 007825u 和6个中子 每个中子的质量是1 008665u 组成的 求核子结合成碳原子核时释放的能量 解析 6个氢原子和6个中子的质量和为 6 1 007825u 6 1 008665u 12 098940u 核子结合成碳原子核时的质量亏损为 12 098940u 12 000000u 0 098940u 1u相当于931 5mev的能量 可直接求得核子结合成碳原子核时释放的能量e 0 098940 931 5mev 92 2mev 答案 92 2mev 方法三 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 一真空中存在磁感应强度为b的匀强磁场 磁场中有一静止的质量为m的原子核发生一次 衰变 已知 粒子的质量为m 电荷量为q 其运动的轨迹在与磁场垂直的平面内 现测得 粒子运动的轨道半径为r 试求出在衰变过程中的释放的核能 注 涉及动量问题时 亏损的质量可忽略不计 答案 1 5 496mev 2 5 402mev0 094mev 练随堂演练 1 核力具有下列哪些性质 a 核力是短程力 作用范围很小 只在相邻核子间发生b 核力可能是引力 也可能是斥力 核力把核子紧紧束缚在核内 形成稳定的原子核 但又不会融合在一起c 质子间 中子间 质子和中子之间都有核力d 核力是一种强相互作用力 在其作用范围内 核力比库仑力大得多 解析 核力作用的范围在10 15m区域内 只在相邻核子间发生 是短程力 a对 当两核子间距离减小时 核力也迅速减小 至一定值时 核力表现为斥力 b正确 核力是质子 中子之间的强相互作用力 c d对 答案 abcd 2 关于质能方程 下列说法正确的是 a 质量减少 能量就会增加 在一定条件下质量转化为能量b 物体获得一定的能量 它的质量也相应地增加一定值c 物体一定有质量 但不一定有能量 所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系d 某一定量的质量总是与一定量的能量相联系 解析 质能方程e mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的 当物体获得一定的能量 即能量增加某一定值时 它的质量也相应增加一定值 并可根据 e mc2进行计算 所以b d正确 答案 bd 3 下面关于结合能和比结合能的说法中 正确的有 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 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 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 其结合能比重核反而小 b c两项错 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 答案 d 4 关于原子核中质子和中子的比例 下