第1节核力与核能

1、第四章第一节 核力与核能,泉州现代中学 唐高升,氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.6710-27kg，带电量为元电荷e=1.610-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么估算两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?（已知G=6.6710-11Nm2/kg2，k=9.0109Nm2/C2）,=2.3102N,=1.8610-34N,质子间的库仑力远大于万有引力，核子要稳定的结合在一起形成原子核，必然需要第三种力的作用，即核力。,1、概念：能够把原子核中的各种核子维系在一起的强大的力叫做核力,一、核力：,2、核力特点：,（2）核力是强相互作用的一种表现，只在原子核的尺度内

2、，核力比库仑力大得多,（3）核力是短程力，作用范围在210-15m之内，所以每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,（1）核力的存在与电荷无关性,思考：随着原子序数的增加，稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系？为什么？,6,6,26,30,47,61,82,92,125,146,二、核素图,随着原子序数的增加，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,1、单独核子结合成原子核时，核力做正功释放能量；要把原子核分解成单独核子，需要吸收能量，这就是原子核的结合能。,三、结合能,例如氘核的结合能,实验验证，用强大的光子照射氘核，只有当光子能量等于或大于2.22MeV时，才能将氘核分解成

3、一个质子和一个中子；,说明氘核的结合能为2.22MeV,相反，若将一个质子和一个中子结合成氘核，则要放出2.22MeV的能量。,原子核越大，结合能越大，没有可比性，但是不同原子核的核子数不同，质子与中子数的比例不同，每一个核子的结合能也不同，则每个核子的结合能具有可比性，它反映了原子核的稳定程度或分裂的难易程度，所以计算每个核子的结合能更有意义。我们把原子核平均每个核子的结合能叫做平均结合能，也叫做比结合能。,理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的能量，它也等于把原子核拆散成每个核子时，平均每个核子吸收的能量,定义：原子核的结合能与核子数之比,意义：它反映了一个原子核稳定程度，平均结合

4、能越大，原子核越稳定,2、平均结合能,较轻核和较重核的核子平均结合能较小，稳定性较差；中等质量核的平均结合能较大，稳定性较好。,重核变成中等核或者轻核变成中等核都需要释放能量。,重核,轻核,中等核,例、一个氘核和一个氚核的核反应为 ，已知 的平均结合能是2.78MeV， 的平均结合能是1.09MeV， 的平均结合能是7.03MeV，问： （1）这个核反应是吸收还是释放能量？能量是多少？ （2）产生1mol的 所释放的能量可以把一个6吨重的火箭发射到多少米的高空？（NA=61023）,解：（1）这个核反应释放能量,E0=EHe-E氘-E氚 =（7.034-2.783-1.092）MeV = 17

5、.6MeV,（2）由E=mgh得,h=2.8107m,相当于三万多个珠穆朗玛峰的高度,结合能不好测量，在狭义相对论中，爱因斯坦推导出了著名的爱因斯坦质能方程，主要用来计算原子核的结合能和核反应释放的核能。,1、解释了物体的能量和质量之间存在密切的联系：,四、质能方程,2、质量亏损：科学家研究证明，在核反应原子核的质量也比自由核子的总质量小，这个现象叫做质量亏损。例如，精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和小一些。,如果知道原子核的质量亏损，根据质能方程就可以求出原子核的结合能。,利用爱因斯坦质能方程可以算出核反应释放的能量：,例、下列说法中，正确的是（ ） 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=mc2可知能量与质量之间存在着正比关系 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.因为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不守恒。,B,例、取质子的质量mp=1.672610-27kg，中子的质量mn=1.674910-27kg，粒子的质m=6.