学粤教版选修35 4.4 核力与结合能 课件（3）（37张）.ppt

第四节核力与结合能 1 知道核力及其性质 2 知道重核和轻核 能简单解释重核和轻核内的中子数 质子数具有不同比例的原因 3 认识原子核的结合能及平均结合能 氦原子核中有两个质子 质子质量为mp 1 67 10 27kg 带电量为元电荷e 1 6 10 19c 原子核的直径的数量级为10 15m 那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差1036倍 在原子核那样狭小的空间里 带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍 那么质子为什么能挤在一起而不飞散 会不会在原子核中有一种过去不知道的力 把核子束缚在一起了呢 一 核力及其性质1 组成原子核的核子间有很强的作用力 使核子能够克服 而紧密地结合在一起 这种力称为核力 2 核力是一种很强的力 在约 的距离内主要表现为 大于 核力就迅速减小到零 所以核力是一种 在小于 的距离内 核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起 库仑斥力 0 5 10 15m 0 5 10 15m 2 10 15m 引力 2 10 15m 短程力 二 重核与轻核原子核中的质子数又称为 它与元素周期表中元素的排列序号一致 2 元素周期表中 排在比较靠前的叫 一般 的质子和中子数相等 比较靠后的叫 大多数 的质子数小于中子数 排在 号元素之后的原子核都不稳定 排在第 号元素之后的原子核十分不稳定 无法在自然状态下存在 原子序数 92 轻核 轻核 重核 重核 83 三 结合能1 把 所吸收的能量 或者 时放出的能量叫做原子核的结合能 2 核子结合成原子核时 反应前后存在 亏损 亏损的 与反应中释放的能量相对应 其关系遵循爱因斯坦的质能方程 3 原子核的 与 之比称为该原子核的比结合能 也叫平均结合能 核子结合成原子核 原子核拆散成核子 e mc2 质量 质量 核子数 结合能 核力及其性质 核力是组成原子核的核子间很强的作用力 使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起 核力有完全不同于静电力和万有引力的一些性质 1 核力是强相互作用 强力 的一种表现 比静电力大得多 2 核力是一种短程力 在约0 5 10 15 2 10 15m的距离内主要表现为引力 在小于0 5 10 15m的距离内 核力又转变为强大的斥力 使核子不融合在一起 大于2 10 15m核力就迅速减小到零 3 核力存在于核子之间 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 4 核力与电荷无关 在原子核中 质子与质子 中子与中子 中子与质子之间的核力相同 除核力外 核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用 弱相互作用 弱力 弱相互作用是引起原子核 衰变的原因 即引起中子转变成质子的原因 弱相互作用也是短程力 其力程比强力更短 为10 18m 作用强度则比电磁力小 弱力 强力 电磁力和引力分别在不同的尺度上发挥作用 1 弱力 弱相互作用 弱相互作用是引起原子核 衰变的原因 短程力 2 强力 强相互作用 在原子核内 强力将核子束缚在一起 短程力 3 电磁力 电磁力在原子核外 电磁力使电子不脱离原子核而形成原子 使原子结合成分子 使分子结合成液体和固体 长程力 4 引力 引力主要在宏观和宇观尺度上 独领风骚 是引力使行星绕着恒星转 并且联系着星系团 决定着宇宙的现状 长程力 双选 下列关于核力的说法中正确的是 a 核力存于任何核子之间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 答案 bc 课堂训练 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2 0 10 15m之内d 核力与电荷有关 解析 核力是短程力 超过2 0 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 所以选c 答案 c 结合能的理解 由于核子间存在着强大的核力 原子核是一个坚固的集合体 要把原子核拆散成核子 需要克服核力做巨大的功 需要巨大的能量 要把原子核分开成核子要吸收能量 核子结合成原子核要放出能量 这个能量叫做原子核的结合能 原子核越大 它的结合能越高 因此有意义的是它的结合能与核子数之比 叫平均结合能 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 核子数较少的轻核和核子数较多的重核 平均结合能都比较少 中等核子数的原子核的平均结合能较大 下列说法中正确的是 a 核子结合成原子核要吸收能量b 原子核拆解成核子要放出能量c 核子结合成原子核放出的能量或原子核拆解成核子吸收的能量称为结合能d 核子数越多 原子核越稳定解析 把原子核分开成核子要吸收能量 核子结合成原子核要放出能量 这个能量叫做原子核的结合能 a b错误 c正确 核子数较少的轻核和核子数较多的重核 平均结合能都比较少 中等核子数的原子核的平均结合能较大 d错误 答案 c 课堂训练 2 下列说法中正确的是 a 结合能越大的原子核越稳定b 结合能越大的原子核越不稳定c 平均结合能越大 原子核越稳定d 平均结合能越大 原子核的结合能越大 解析 原子核越大 它的结合能越高 有意义的是它的结合能与核子数之比 叫平均结合能 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 a b错误 c正确 平均结合能越大 原子核的结合能不一定越大 d错误 答案 c 质量亏损及质能方程 在核反应中原子核的总质量并不相等 反应前后存在质量差 这种现象叫做质量亏损 质量亏损只有在核反应中才能明显表现出来 爱因斯坦在相对论指出 物体的能量 e 和质量 m 之间存在着密切的关系 关系遵循质能方程e mc2 式中c为真空中的光速 爱因斯坦质能方程表明物体所具有的能量跟它的质量成正比 由于c2这个数值十分巨大 因而物体的能量是十分可观的 核反应中亏损的质量与反应中释放的能量相对应 其关系遵循爱因斯坦的质能方程 e mc2 物体的质量包括静止质量和运动质量 质量亏损指的是静止质量的减少 减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量 质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量 只是静止质量的减少 在核反应中仍然遵守质量守恒定律 能量守恒定律 质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度 关于质能方程 下列说法中正确的是 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 质量增加 能量就会减少 在一定条件下质量转化为能量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 一定量的质量总是与一定量的能量相联系 解析 根据质能方程可知 物体的质量越大 对应的能量越大 只能说一定的质量和一定的能量相对应 但不能说质量和能量可以发生转化 答案 d 3 对公式 e mc2 下列说法中正确的是 a 能量可以转化为质量b 质量可以转化为能量c 能量与质量的转化是成比例的d 在核反应中 能量与质量都不守恒 课堂训练 解析 e mc2只是说明质量和释放出核能这两种现象间的联系 并不是说明物体的质量和能量之间存在着相互转化关系 故a b项错误 c项正确 我们都知道 在核反应中 能量和质量并不违反守恒定律 故d错误 答案 c 1 氦原子核由两个质子与两个中子组成 两个质子之间存在着万有引力 库仑力和核力 则这三种力从大到小的排列顺序是 a 核力 万有引力 库仑力b 万有引力 库仑力 核力c 库仑力 核力 万有引力d 核力 库仑力 万有引力 解析 由三种力的性质和特点知d项正确 答案 d 基础达标 2 对原子核的组成 下列说法正确的是 a 核力可使一些中子组成原子核b 核力可使非常多的质子组成原子核c 不存在只有质子的原子核d 质量较大的原子核内一定有中子 解析 由于原子核带正电 不存在只有中子的原子核 但核力也不能把非常多的质子集聚在一起组成原子核 原因是核力是短程力 质子之间还存在 长程力 库仑力 a b错误 自然界中存在一个质子的原子核 c错误 较大质量的原子核内只有存在一些中子 才能削弱库仑力 维系原子核的稳定 故d正确 答案 d 3 核子结合成原子核或原子核分解为核子时 都伴随着巨大的能量变化 这是因为 a 原子核带正电 电子带负电 电荷间存在很大的库仑力b 核子具有质量且相距很近 存在很大的万有引力c 核子间存在着强大的核力d 核子间存在着复杂磁力 解析 核子之间存在核力作用 核子结合成原子核或原子核分解为核子时 就要克服核力作用 故伴随着巨大的能量变化 答案 c 4 双选 对结合能 平均结合能的认识 下列正确的是 a 核子结合为原子核时 一定释放能量b 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 由自由核子结合成原子核的过程中 核力做正功 释放出能量 反之 将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量 该能量即为结合能 故a正确 b错误 对核子较多的原子核的结合能越大 但它的平均结合能不一定大 平均结合能的大小反映了原子核的稳定性 故c错误 d正确 答案 ad 5 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 下列说法中错误的是 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 d 6 质子 中子和氘核的质量分别为m1 m2和m3 真空中光速为c 当质子和中子结合成氘核时 放出的能量是 a m3c2b m1 m2 c2c m3 m2 m1 c2d m1 m2 m3 c2 解析 质子和中子结合成原子核氘核时 总质量减小了 即质量亏损 m m1 m2 m3 依据质能方程可知 放出的能量为 e mc2 m1 m2 m3 c2 本题考查质能方程 e mc2的应用 解题关键是该题只要知道质子和中子 统称核子 结合成原子核时 质量有亏损 即m1 m2 m3 就可迎刃而解 在思考过程中由于对质量亏损理解得不好 容易错选c 答案 d 7 美国物理学家雷蒙德 戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 ve 而获得了2002年度诺贝尔物理学奖 他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯 c2cl4 溶液的巨桶 电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核 其核反应方程式为ve cl ar e 已知cl核的质量为36 95658u ar核的质量为36 95691u e的质量为0 00055u 1u质量对应的能量为931 5mev 根据以上数据 可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为 a 1 33mevb 0 82mevc 0 51mevd 0 31mev 能力提升 解析 根据1原子质量单位 u 相当于931 5mev能量 则 e m 931 5mev 36 95691 0 00055 36 95658 931 5mev 0 82mev 答案 b 8 2012 全国新课标 氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量 该反应方程为 是真空中的光速 由上述反应方程和数据可知 粒子是 该反应释放出的能量为 mev 结果保留3位有效数字 解析 由质量数守恒和电荷数守恒可得 粒子x为中子 由爱因斯坦质能方程可知 e mc2 0 0189 931 5mev 17 6mev 答案 10n 或中子 176 9 一个铀核衰变为钍核时释放一个 粒子 已知铀核的质量为3 853131 10 25kg 钍核的质量为3 786567 10 25kg 粒子的质量为6 64672 10 27kg 在这个衰变过程中释放的能量为多少 保留两位有效数字 解析 反应前后的质量发生改变 根据 e mc2可以求解得出结果 衰变前后质量变化为 m mu mth m 3 853131 10 25 3 786567 10 25 6 64672 10 27 kg 9 7 10 30kg衰变过程中释放的能量为 e mc2 9 7 10 30 3 108 2j 8 7 10 13j 答案 8