核力与结合能19.6核裂变.ppt

19 5核力与结合能 19 6核裂变 原子核的半径约为10 15m 只相当原子半径的万分之一 在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大 万有引力太小 只有库仑力的10 36倍 而通常原子核是稳定的 于是核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起 此力称为核力 核子靠什么力结合成原子核 2 核力是短程力 约在10 15m量级时起作用 距离大于0 8 10 15m时为引力 距离为10 10 15m时核力几乎消失 距离小于0 8 10 15m时为斥力 3 核力具有饱和性 核子只对相邻的少数核子产生较强的引力 而不是与核内所有核子发生作用 4 核力具有电荷无关性 1 核力是四种相互作用中的强相互作用 强力 的一种表现 核力的特点 除核力外原子核内还存在弱相互作用 弱力 弱力是引起中子 质子转变的原因弱相互作用也是短程力 力程比强力更短 为10 18m 作用强度则比电磁力小 1 核力 核力 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力 自然界中较轻的原子核 质子数与中子数大致相等 但对于较重的原子核 中子数大于质子数 越重的元素 两者相差越多 为什么会这样呢 原子核中质子与中子的比例 核越来越大 有些核子间的距离越来越远 随着距离的增加 核力与电磁力都会减小 但核力减小得更快 所以 原子核大到一定程度时 相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力 这个原子核就不稳定了 这时 如果不再成对地增加核子 而只增加中子 中子与其他核子没有库仑斥力 但有相互吸引的核力 有助于维系原子核的稳定 由于这个原因 稳定的重原子核里 中子数要比质子数多 由于核子间存在着强大的核力 所以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 可见 当核子结合成原子核时要放出一定能量 原子核分解成核子时 要吸收同样的能量 这个能量叫做原子核的结合能 2 结合能 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量 而是为把核子分开而需要的能量 比结合能 结合能与核子数之比 称做为比结合能 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牢固 原子核越稳定 爱因斯坦质能方程E mc2式中c是真空中的光速 m是物体的质量 E是物体的能量 核子在结合成原子核时出现的质量亏损 m 正表明它们在互相结合过程中放出了能量 E m c2 3 质量亏损 质量亏损 原子分解为核子时 质量增加 核子结合成原子核时 质量减少 原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和 叫做质量亏损 对质量亏损的理解 1 在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒 所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量 物体的质量应包括静止质量和运动质量 质量亏损是静止质量的减少 减少的静止质量转化为与辐射能量相联系的运动质量 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 对质能方程的理解 1 爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系 E mc2 或物体的质量与其总能量的数量关系E mc2 此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总能量是一定的 等于光速的平方与其质量的乘积 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之和 物体质量增加则总能量增加 质量减小 总能量随之减小 二者在数值上存在着简单的正比关系 2 切记不要误认为亏损的质量转化为能量 核反应过程中质量亏损 是静止的质量减少 辐射 光子的动质量刚好等于亏损的质量 即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒 核能的计算 1 根据质量亏损计算 步骤如下 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 mc2计算核能 其中 m的单位是千克 E的单位是焦耳 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 m的单位是u E的单位是MeV 解析 反应前总质量 MN MHe 18 01140u 反应后总质量 MO MH 18 01269u 可以看出 反应后总质量增加 故该反应是吸收能量的反应 若反应过程中质量增加1u 就会吸收931 5MeV的能量 E 18 01269 18 01140 931 5MeV 1 2MeV 答案 吸收能量1 2MeV 课堂互动讲练 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 C 练习对核力的认识 下列正确的是 A 任何物体之间均存在核力B 核力广泛存在于自然界中的核子之间C 核力只存在于质子之间D 核力只发生在相距1 5 10 15m的核子之间 大于0 8 10 15m为吸引力 而小于0 8 10 15m为斥力解析 选D 由核力的特点知道 只有相距1 5 10 15m的核子之间存在核力 核力发生在质子与质子 质子与中子之间 由此知D正确 A B C错误 D 解答 粒子结合前后的质量亏损为 m 2mH mn m 2 1 007277u 1 008665u 3 002315u 0 020904u由于1u相当于931 5MeV 则结合能为E 0 020904 931 5MeV 19 5MeV 核反应 电子 原子核 在核物理学中 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 称为核反应 研究表明 原子核的质量虽然随着原子序数的增大而增大 但是二者之间并不成正比关系 其核子的平均质量与原子序数有如图的关系 核子的平均质量是 原子核的质量 核子数 核子的平均质量与原子序数之间的关系 物理学中把重核分裂成质量较小的核 释放核能的反应叫做裂变 把轻核结合成质量较大的核 释放出核能的反映叫做聚变 一 裂变 聚变 裂变 1939年12月 德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现 用中子轰击铀核时 铀核发生了裂变 铀核裂变的产物是多种多样的 一种典型的反映是裂变为钡和氪 同时放出三个中子 其核反应方程是 铀核的裂变 裂变中释放出巨大的能量 在上述裂变中 裂变后的总质量小于裂变前的总质量 质量亏损 释放出的能量为 1kg铀全部裂变 它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量 链式反应 用中子轰击铀核时 铀核发生了裂变 释放出的中子又引起了其他铀核的裂变 也就是链式反应 由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程 叫做核裂变的链式反应 使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积 相应的质量叫做临界质量 原子弹 小玩意儿 钚装药重6 1千克 TNT当量2 2万吨 试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压 致使一座30米高的铁塔被熔化为气体 并在地面上形成一个巨大的弹坑 在半径为400米的范围内 沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质 半径为1600米的范围内 所有的动物全部死亡 原子弹之父 奥本海默在核爆观测站里感到十分震惊 他想起了印度一首古诗 漫天奇光异彩 有如圣灵逞威 只有一千个太阳 才能与其争辉 我是死神 我是世界的毁灭者 原子弹 美国原子弹突袭广岛和长崎造成了巨大的毁伤 在长崎投掷的原子弹爆炸后形成的蘑菇状云团 爆炸产生的气流 烟尘直冲云天 高达12英里多 广岛市区80 的建筑化为灰烬 64000人丧生 72000人受伤 伤亡总人数占全市总人口的53 长崎市60 的建筑物被摧毁 伤亡86000人 占全市37 原子弹 广岛红十字医院里 一个严重烧伤的学生仰面躺在一张草席上 他的五官几乎全被原子弹爆炸产生的热浪抹掉了 四天后他死了 倒塌的钢架结构建筑物 核防护 核爆炸瞬时效应防护 对核袭击的防护大致可分为两大类 利用工事进行掩蔽 在开阔地面上的人员 当发现核爆闪光时 立即背向爆心卧倒 可减轻伤害 放射性污染防护 避开在污染区或高照射量率的地区行动 人员通过污染区时尽量乘坐车辆 在污染区作业时要尽量缩短时间 及时穿戴个人防护器材 防止人体受沾染 进入污染区执行任务的人员 可服用抗辐射药 以减少放射性物质在人体内的存留 原子弹 中国第一颗原子弹爆炸蘑菇云发展图 解决能源危机根本途径 核能可开发的核裂变燃料资源可