学粤教版选修35 4.4 核力与结合能 课件（4）（26张）.ppt

第四节核力与结合能 栏目链接 学习目标 1 知道核力及其性质 2 知道轻核与重核 3 掌握结合能和平均结合能的概念 4 知道质量亏损 理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算 栏目链接 核力及其性质 一些较轻的原子核如中质子数和中子数有什么关系 提示 质子数与中子数大致相等 1 核力的定义 组成原子核的核子之间有很强的相互作用力 使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起 这种力称为核力 栏目链接 2 核力的性质 1 核力是一种很强的力 是强相互作用的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 2 核力是一种短程力 在距离较大时核力远小于库仑力 在距离较小时核力远大于库仑力 在距离小于0 5 m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起 3 核力与核子是否带电无关 在原子核中 质子与质子 中子与中子 中子与质子间的核力大致相等 4 核力是一种具有饱和性质的交换力 即一个核子只与邻近的几个核子作用 而不是和原子核内所有核子作用 这种性质称为核力的饱和性 3 注意 1 自然界中最基本的四种相互作用是 引力相互作用 电磁相互作用 强相互作用和弱相互作用 其中 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 2 弱相互作用 作用范围在m以内 作用强度比电磁力小 是引起原子核 衰变的原因 即引起中子向质子转变的原因 栏目链接 多选 对于核力 以下说法正确的是 a 核力是弱相互作用 作用力很小b 核力是强相互作用的表现 是强力c 核子之间的距离小于0 8 m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起d 人们对核力的了解很清楚 特别是在小于0 8 m时核力的变化规律更清楚 栏目链接 解析 要掌握好核力的基本特点 掌握核力与万有引力 电磁力的区别 这是解决核力问题的关键 核力是强相互作用的一种表现 它的作用范围在1 5 m之内 核力比库仑力大得多 因此选项b正确 a错误 核力在大于0 8 m时表现为吸引力 且随距离的增大而减小 在距离小于0 8 m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起 所以选项c正确 人们对核力的了解还不是很清楚 这正是科学家们奋力攻克的堡垒 故选项d不正确 答案 bc 栏目链接 课堂训练1 多选 下列关于核力的说法中正确的是 bc a 核力存在于任何核子之间b 核力只存在于相邻的核子之间c 核力是一种短程的强作用力d 核力与万有引力性质相同解析 核力是强作用力 短程力 只存在于相邻的核子间 a错误 b c正确 而核力与万有引力是不同性质的力 d错误 重核与轻核 质能方程 中各有多少个中子 多少个质子 较重的原子核中中子数和质子数有什么关系 提示 中含有92个质子 146个中子 中含有90个质子 144个中子 较重的原子核中中子数大于质子数 而且越重的原子核 两者相差越多 栏目链接 1 重核与轻核 1 重核 排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核 2 轻核 排在周期表比较靠前的元素对应的原子核叫轻核 3 排在83号元素铋之后的原子核都不稳定 它们自动分解或衰变成更轻的原子核 排在第92号元素铀之后的原子核十分不稳定 无法在自然状态下存在 2 质量亏损 1 定义 原子核的质量小于组成原子核的核子质量之和的现象称为质量亏损 2 理解 所谓质量亏损并不是部分质量消失 或质量转变为能量 而是指静止质量发生了变化 物体的质量包括静止质量和运动质量 质量亏损时 减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量 3 质能方程 1 公式 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 其关系是这就是著名的爱因斯坦质能联系方程 简称质能方程 栏目链接 2 进一步理解 质能方程揭示了质量和能量不可分割 一定质量的物体所具有的能量是确定的 等于光速的平方与其质量的乘积 质量和能量是物质的属性之一 质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量 可相互转化 质量不能转化为能量 能量也不会转化为质量 4 注意 1 核反应中遵循质量守恒和能量守恒 质量亏损并不违反质量守恒 2 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 栏目链接 某核反应方程为 已知的质量为2 0136u 的质量为3 0180u 的质量为4 0026u x的质量为1 0087u 则下列说法中正确的是 a x是质子 该反应释放能量b x是中子 该反应释放能量c x是质子 该反应吸收能量d x是中子 该反应吸收能量 栏目链接 解析 由题目所给核反应方程式 根据核反应过程质量数 电荷数守恒规律 可得 x为中子 在该反应发生前反应物的总质量m1 2 0136u 3 0180u 5 0316u 反应后产物总质量m2 4 0026u 1 0087u 5 0113u 总质量减少 出现了质量亏损 根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量 故b正确 答案 b方法总结 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 栏目链接 由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系 易误选d 注意此反应过程质量发生亏损 释放出能量 课堂训练2 下列说法中 正确的是 b 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 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 是消失的质量转变成为能量d 因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 说明能量与质量之间存在着正比关系 并不能说明能量和质量之间存在相互转化的关系 故a错 b对 质量亏损是由静止的质量变成运动的质量 并不是质量转化成能量 故c错 核反应中质量守恒 能量也守恒 故d错 结合能 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 提示 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 1 结合能 1 概念 由于核子间存在着强大的核力 要把原子核拆散成核子 需要克服核力做功 也就是说需要提供一定的能量 反之 根据能量守恒 核子结合成原子核时也会放出一定的能量 我们把这个能量叫做原子核的结合能 2 理解 一个氘核被拆成一个中子和一个质子时 需要能量等于或大于2 2mev 可用 光子照射获得 核反应方程为相反的过程 当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出2 2mev的能量 这个能量以 光子的形式辐射出去 核反应方程为 2 平均结合能 1 概念 原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能 2 意义 平均结合能的大小能够反映核的紧密程度 平均结合能越大 原子核就越难拆开 表示该核越稳定 3 规律 核子数较小的轻核与核子数较大的重核 平均结合能都比较小 中等核子数的原子核 平均结合能较大 表示这些原子核较稳定 3 核能的计算 1 根据国际单位制计算 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 计算核能 其中 m的单位是千克 e的单位是焦耳 2 根据实用单位计算 明确原子单位u和电子伏特间的关系 由e 得 e ev 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成的系统 在核反应过程中的动量和能量是守恒的 因此 利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化 在某些恒星内 3个 粒子结合成1个核 原子的质量是12 0000u 原子的质量是4 0026u 已知1u 1 66 kg 则错误的选项为 a 反应过程中的质量亏损是0 0078ub 反应过程中的质量亏损是1 29 kgc 反应过程中释放的能量是7 27mevd 反应过程中释放的能量是1 16 j解析 由题意可得核反应方程为 e 则核反应中的质量亏损为 m 3 4 0026 12 0000 u 0 0078 1 66 kg 1 29 kg 由质能方程得 e mc2 1 29 3 j 1 161 j 7 27mev 故a b c正确 d错 答案 d方法总结 核能的计算方法 1 根据质量亏损计算 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 计算核能 其中 m的单位是千克 e的单位是焦耳 2 利用原子质量单位u和电子伏特计算 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成的系统 在核反应过程中的动量和能量是守恒的 因此 利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化 4 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 3 一个锂核 受到一个质子的轰击 变成两个 粒子 已知一个氢原子核的质量是1 6