粤教版选修35 第四章第四节核力与结合能 课件（27张） (1).ppt

第四节核力与结合能 第四章原子核 学习目标1 知道核力及其性质 2 认识原子核的结合能及质量亏损 并能应用质能方程进行计算 3 了解轻核和重核内中子数 质子数具有不同比例的原因 第四章原子核 一 核力及其性质1 核力 组成原子核的核子之间有很 的相互作用力 使核子能够克服 而紧密地结合在一起 这种力称为核力 2 核力的性质 核力是一种很强的力 在约0 5 10 15m 2 10 15m的距离内主要表现为 在大于2 10 15m的距离时核力就迅速减小为零 所以核力是一种 力 在小于0 5 10 15m的距离内 核力又转变为强大的 而使核子不融合在一起 强 库仑力 引力 短程 斥力 想一想 原子核很小 结构却十分复杂 除氢核外 其他各种元素的原子核中既有带正电的质子 又有不带电的中子 如铀235的核内有92个质子 143个中子 那么 质子间的静电斥力为什么没有把它们驱散开来 中子不带电 为什么同样能聚集在一起 这么多的核子 质子和中子 挤在半径小于10 14m的原子核内 为什么能形成稳定的结构呢 提示 因为核力的存在 二 重核与轻核1 原子核中的质子数又称为 2 重核 排在周期表中比较靠 的元素对应的原子核叫重核 3 轻核 排在周期表中比较靠 的元素对应的原子核叫轻核 原子序数 后 前 三 结合能1 结合能 由于核子间存在着强大的核力 要把原子核拆散成核子 需要克服 做功 也就是需要提供一定的能量 反过来 结合成原子核时也会放出一定的能量 这个能量叫做原子核的结合能 2 爱因斯坦质能方程 核子结合成原子核时 反应前后存在 亏损的质量与反应中释放的能量相对应 它们之间的关系遵循爱因斯坦的质能方程 即 e e为反应中释放的能量 即结合能 m为质量亏损 3 平均结合能 原子核的结合能与核子数 称为该原子核的平均结合能 平均结合能越大 核越 核力 核子 质量亏损 mc2 之比 稳定 对结合能的理解 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所示 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 d 解析 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 对某种原子核 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 d 解析 原子核分解成自由核子时 需要的最小能量就是原子核的结合能 选项a正确 重核衰变时释放能量 衰变产物更稳定 即衰变产物的平均结合能更大 衰变前后核子数不变 所以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 铯核的核子数比铅核的核子数少 其结合能也小 选项c正确 平均结合能越大 原子核越稳定 选项d错误 对质能方程的理解 1 质量亏损所谓质量亏损 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 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 质能方程e mc2 1 质能方程说明 一定的质量总是跟一定的能量相联系 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 质能方程的本质 质量或能量是物质的属性之一 绝不能把物质和它们的某一属性 质量和能量 等同起来 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绝不等于这两个量可以相互转化 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 b 反思领悟在核反应中 是释放能量还是吸收能量 需要确定反应前 后质量的变化 若质量减少即发生了质量亏损 则释放出能量 反之吸收能量 2 双选 为了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 物体获得一定的能量 质量也相应地增加一定值b 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c 根据 e mc2 可知质量减少能量就会增加 在一定条件下质量转化为能量d 根据 e mc2可以计算核反应中释放的核能 ad 解析 根据质能方程e mc2表明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 它的质量也相应地增加一定值 这种关系任何条件下都成立 故a对b错 根据 e mc2可以计算核反应中释放的能量 释放的能量并非由质量转化而来 故c错d对 计算核能的多种方法 范例 12分 2014 清远高二检测 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核 氦的同位素 已知氘核质量md 2 0136u 氦核质量mhe 3 0150u 中子质量mn 1 0087u 1 写出聚变方程并算出释放的核能 已知1u的质量相当于931 5mev的能量 2 若反应前两氘核的动能均为ek0 0 35mev 它们正面对撞发生核聚变 且反应后释放的核能全部转变为动能 则反应产生的氦核和中子的动能各为多大 2 根据1原子质量单位 u 相当于931 5mev的能量 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 其中 m的单位是u e的单位是mev 3 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