高中物理 第4章 第1节 核力与核能精品课件 鲁科版选修35.ppt

第1节核力与核能 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第1节核力与核能 课前自主学案 课标定位 学习目标 1 知道核力的概念与特点 2 会解释轻核与重核内中子数 质子数具有不同比例的原因 3 理解结合能与平均结合能的概念 知道核反应中的质量亏损 4 知道爱因斯坦质能方程 理解质量与能量的关系 重点难点 核力 结合能 质能方程 课前自主学案 一 核力与核的稳定性1 核力的定义 在原子核中把 维系在一起的力叫做核力 2 核力的特点 1 力的作用范围叫做力程 核力是 作用范围在2fm 1fm 10 15m 它不能延伸到3fm以外 当两核子间距离 时 核力也迅速减小 至一定值时 核力表现为斥力 2 核力是一种 相互作用 核力比库仑力强大的多 核子 短程力 减小 强 3 核素 具有一定数目 和一定数目 的一种原子核 4 核素图 用横坐标表示质子数 纵坐标表示中子数 每一种 用一小方块表示 所得到的图象 质子 中子 核素 思考感悟 1 原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力 不相邻的核子间不存在核力 这是为什么 提示 因为核力是短程力 作用范围在2fm左右 原子核内相邻核子间距在这个范围内 而不相邻核子间距已超过2fm 故不存在核力作用 二 结合能与平均结合能1 原子核的结合能 核子结合成原子核所 的能量 2 平均结合能 对某种原子核 的结合能 平均结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量 也是原子核分解成自由核子时每个核子平均吸收的能量 释放 平均每个核子 3 质量亏损 1 质量亏损 原子核的质量 组成它的所有核子的质量之和 它们的差值称为质量亏损 2 爱因斯坦质能方程 e mc2 4 结合能的计算公式 e 小于 mc2 思考感悟 2 氘核的平均结合能 1 09mev 要小于氖核 ne 的平均结合能 8 0mev 这说明氘核与氖核有什么性质的不同 提示 平均结合能是指把原子核分解为自由核子时每个核子平均吸收的能量 显然 平均结合能越大 原子核越难分离成单个核子 比如 氖核比氘核更难分离成单个核子 核心要点突破 一 对核力的理解1 原子核内的质子相距很近 库仑斥力很大 然而核力却使它们紧紧约束在一起 可见核力是强相互作用 强力 的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑斥力大得多 2 核力是短程力 作用范围在2 10 15m左右 核力在距离大于0 8 10 15m时表现为吸引力 且随着距离增大而减小 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 3 每个核子只跟相邻的核子间发生核力作用 这种性质称为核力的饱和性 4 核力与核子是否带电无关 质子和质子间 质子和中子间 中子和中子间都存在核力作用 特别提醒 1 因为核子间存在核力 所以原子核内蕴藏着巨大的能量 2 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 弱力也是短程力 其力程为10 18m 作用强度比静电力还小 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 关于核力的下列说法正确的是 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d 核力与电荷有关解析 选c 核力是短程力 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 故正确答案为c 2 结合能和平均结合能 1 结合能 由于核力的存在 核子结合成原子核时要放出一定的能量 原子核分解成核子时 要吸收同样多的能量 核反应中放出或吸收的能量称为核结合能 2 平均结合能 原子核的结合能与核子数之比 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 3 平均结合能曲线 不同原子核的平均结合能随质量数变化图线如图4 1 1所示 图4 1 1 从图中可看出 中等质量原子核的平均结合能最大 轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小 特别提醒 平均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 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 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 选d 氢原子核只有一个质子 无结合能 结合能并不是原子核所具有的能量 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 三 对质量亏损和质能方程的理解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 mc2或 e mc2 这就是著名的爱因斯坦质能方程 简称质能方程 方程的含义是 物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系 2 对质量亏损和质能方程的理解 1 质量或能量是物质的属性之一 决不能把物质和它们的某一属性 质量和能量 等同起来 2 质能方程揭示了质量和能量的不可分割性 方程建立了这两个属性在数值上的关系 这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒 质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化 3 质量亏损不是否定了质量守恒定律 根据爱因斯坦的相对论 辐射出的 光子静质量虽然为零 但它有动质量 而且这个动质量刚好等于亏损的质量 所以质量守恒 能量守恒仍成立 4 质量亏损也不是核子个数的减少 核反应中核子个数是不变的 3 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制单位 但在微观领域 用国际单位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 一原子的质量为1u 1u 1 6606 10 27kg 由质能方程知 1u的质量所具有的能量为e mc2 931 56mev 证明 由爱因斯坦的质能方程得e mc2 1u c2 1 6606 10 27 2 9979 108 2j 1 4924 10 10j 又因为1ev 1 6022 10 19j 则有e 1 4924 10 10j 931 56mev所以1u相当于931 56mev的能量 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 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 下列说法中不正确的是 a e mc2表明物体具有的能量与其质量成正比b 根据 e mc2可计算核反应的能量c 一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量 表明此过程出现了质量亏损d e mc2中的e是发生核反应中释放的核能 解析 选d 质能方程e mc2中e表示物体具有的总能量 m表示物体的质量 故a项对 d项错 根据 e mc2 可以计算释放的核能 物体的质量增加或减小 m对应着其能量增加或减少 e 故b c正确 所以选d 课堂互动讲练 关于原子核的结合能与平均结合能的下列说法中不正确的是 a 原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时 核力做的功b 原子核的结合能等于核子从原子核中分离 外力克服核力做的功c 平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子的结合能d 不同原子核的平均结合能不同 重核的平均结合能比轻核的平均结合能大 精讲精析 原子核中 核子与核子之间存在核力 要将核子从原子核中分离 需要外力克服核力做功 当自由核子结合成原子核时 核力将做功 释放能量 某种原子核平均每个核子的结合能称为平均结合能 不同原子核的平均结合能不同 重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小 轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小 答案 d 方法总结 1 核力是短程力 只有相邻的核子间才存在核力