【物理】核力与结合能课件-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

§3核力与结合能高二物理（人教版2019）选择性必修第三册第五章原子核学习目标：1、核力与四种基本相互作用2、结合能与比结合能3、质量亏损与核能的计算问题与思考：

原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？新课引入定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。核力的特点：⑵核力是短程力。⑶核力与电荷无关。⑷核力具有饱和性。1、核力：⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。（1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子和原子核结合成分子，使分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。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。一、核力与四种基本相互作用2.四种基本相互作用新课讲授3.弱相互作用在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。短程力：约在10-18m量级时起作用思考与讨论：一个小铁球在磁铁的引力作用下不断靠近，最终被磁铁吸住。情景1：两物体为了结合需要付出一定的代价即损失一部分的能量放出能量吸收能量结合能

消耗一定的能量才能将其分开类比原子核分解成核子时所吸收的能量1、结合能：也是核子结合成原子核而释放的能量定义：原子核分解成核子时所吸收的能量二、结合能与比结合能温馨提示：结合能不是原子核具有的能量思考与讨论：1、核子数越多，原子核的结合能越大吗？2、结合能越大，原子核越稳定吗？组成原子核的核子数越多，结合能越大。定义：原子核的结合能与核子数之比2、比结合能：（平均结合能）比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能结合能核子数=比结合能最高的是镍-62。只不过镍-62最终也会衰变成铁元素，所以我们会习惯性地认为铁元素的比结合能最高。铁（Fe）原子的比结合能最大铁（Fe）原子比较稳定原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）比结合能核子的平均结合能随质量数的变化z思考与讨论：

较轻的核D与E聚合成中等大小的核F的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？<放出比结合能核子的平均结合能随质量数的变化z

较重的核A分裂成中等大小的核B与C的过程中是反应物的结合能________(填“<”或“>”或“=”）生成物的结合能，________(填“吸收”或“放出”)能量？<放出(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小。(2)中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。

特别提醒

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。这个能量有多大？我们可能计算出来吗？三、质量亏损已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，但其结合成的氘核的质量却是mD=3.3436×10-27kg。自由核子结合成原子核的过程中质量如何变化？情景2：mn+mp>mD质量亏损质量亏损是否违背质量守恒定律？

物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：

核子在结合成原子核时要放出能量，出现质量亏损，大小为：质能方程E＝mc2

ΔE＝Δmc2质能方程ΔE=mc2常用单位:

（1）

m用“u(原子质量单位)”：

1u=1.660566×10-27kg

（2）ΔE用“uc2”：1uc2=931.5MeV（931.5兆电子伏）

(表示1u的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)

已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能.解：一个质子和一个中子结合成氘核，该过程中质量之差为Δm=（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg与这个质量差相对应的能量为ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J例题1核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是氘核的比结合能为思考1：将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以γ光子释放出去。思考2：将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于γ光子的动质量。思考讨论说明：

（1）质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。

（2）核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了”一些。（3）质量亏损并非质量消失，而是减少的质量m以能量形式辐射出去了

原子物理中常把碳12原子质量的1/12叫作“原子质量单位”，用1u表示（1u=1.6605×10-27kg）。请证明：1u相当于931.5MeV的能量。已知光速c为2.9979×108m/s，元电荷e为1.6022×10-19C。例题2解：ΔE=Δmc2=1.6605×10-27×(2.9979×108)2J=1.492×10-10J1eV=1.602×10-19J1u=931.5MeV课堂小结一核力二结合能与比结合能三质量亏损：质能方程定义特点比结合能越大，原子核越稳定计算质量亏损核反应放出的能量3、核反应过程中:

核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以光子形式释放核能;

原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质量。4、质能方程ΔE=