高中物理 第19章 第5节 核力与结合能课件 新人教版选修3-5.ppt

1、第十九章 原子核,第5节核力与结合能,栏目链接,学 习 目 标,1知道核力的性质，能简单解析轻核与重核内中子数、质子数具有不同的比例的原因 2会根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程 3认识原子核的结合能、质量亏损,1核力：组成原子核的相邻核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫作核力 2核力特点 (1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多 (2)核力是短程力，作用范围在1.5 m之内 (3)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,栏目链接,3基本相互作用 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 注

2、：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 尝试应用 1下列对核力的认识正确的是(D) 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,栏目链接,C核力只存在于质子之间 D核力只发生在相距1.5 m的核子之间，大于0.8 m为吸引力，而小于0.8 m为斥力 解析：由核力的特点知道，只有相距1.5 m的核子之间才存在核力，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,栏目链接,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，原子核越重的两者相差越多 注：原子核越大，有些核子间的距离越来越远，核力与电

3、磁力都会减小，核力减小得更快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的库仑力，这个原子就不稳定了这时，不再成对地增加质子和中子，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，有助于维持原子核的稳定,2关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(D) A原子核中质子数和中子数一定相等 B稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C原子核都是非常稳定的 D由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的 解析：较轻的原子核中质子数与中子数大致相等，但在重原子核内中子数多于质子数，A、B错有些原子核是不稳定的，如具有放射性的原子核，C错

4、由于核力是短程力及核力的饱和性，原子核增大到一定程度，即使能形成原子核，原子核也是不稳定的综上所述，只有选项D正确,1结合能 核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，都叫作原子核的结合能 例如，用光子照射氘核( )，只有当光子的能量等于或大于2.2 MeV时，才能使它分解为质子和中子核反应方程为： .反过来，使一个质子和一个中子结合成氘核，会放出2.2 MeV的能量因此，氘核的结合能为2.2 MeV.,2比结合能 原子核的结合能与其核子数之比，称为比结合能不同原子核的比结合能随质量数变化图线如下图所示,3比结合能与原子核的稳定性 (1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度，

5、比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定 (2)核子数较少的轻核与核子数较多的重核，比结合能都比较小，中等核子数的原子核，比结合能较大，表示这些原子核较稳定 (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,尝试应用 3(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(ABC) A原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B一重原子核变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C铯原子核( )的结合能小于铅

6、原子核( )的结合能 D比结合能越大，原子核越不稳定 E自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量小于该原子核的结合能,解析：本题考查原子核物理的结合能及其相关知识点，意在考查考生综合应用知识分析问题的能力比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E错误对于这类选择题，可应用学过的知识分析各个选项，迅速得出答案,1质能方程：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 E 或E . 这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系物体的能量增大

7、质量也增大，能量减小质量也减小,2质量亏损 由于核力的本质还在研究之中，所以根据核力做功来求核能是不可能的但物理学家却有办法求出核能物理学家们研究了质子、中子和氘核之间的质量关系，发现氘核虽然是由一个中子和一个质子组成的，但氘核的质量要比中子和质子的质量之和要小一些我们把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫作核的质量亏损根据质量亏损可以计算核能 3核能的计算方法 (1)用国际单位制计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，根据E 计算E的单位是“J”,当计算时m的单位用“u”，由Em931.5 MeV计算，E的单位是“MeV” (3)利用平均结合能来计算核能 原子核的结合能核子的平

8、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 (4)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，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化,注：1.质能方程E 的理解 (1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的具体地说，一定质量的物质所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，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

9、，而是物体所具有的各种能量的总和,(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作E . (3)运用质能方程时应注意单位一般情况下，公式中各量都应取国际单位但在微观领域，用国际单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位一原子质量单位的质量为1 u，1 u1.660 6 kg，由质能方程知，1 u的质量所对应的能量Emc21.660 6 (3.0 J1.494 J931.5 MeV.,栏目链接,所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了反过来，

10、把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是E . 尝试应用 4为纪念爱因斯坦对物理学做出的巨大贡献，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 ，下列说法中不正确的是(D),2质量亏损的理解,AE 表明物体具有的能量与其质量成正比 B根据E 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 DE 中的E是发生核反应释放的核能 解析：E 中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故A说法正确；对于E 表示的意义是当物体的能量增加

11、或减少E时，它的质量也会相应地增加或减少m，故B说法正确；只有在出现质量亏损时，才能释放核能，故C说法正确，所以选D.,(多选)下列关于核力与结合能的说法中正确的是() A将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量相同 B核力与万有引力性质相同 C核力只存在于相邻的核子之间 D核子数越多，原子核越稳定 【审题指导】(1)根据爱因斯坦质能方程，分析将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量关系比结合能越大，原子核越稳定,(2)核力与万有引力性质不同核力只存在于相邻的核子之间. 解析：将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，根据爱因斯坦质能方

12、程得知，将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量相同故A正确；核力与万有引力性质不同，核力只存在于相邻之前，而万有引力存在于宇宙万物之间故B错误；核力是短程力，作用范围在1.5 m，原子核的半径数量级在 ，所以核力只存在于相邻的核子之间故C正确；核子数越多，原子核不一定越稳定，应是比结合能越大，原子核越稳定故D错误 答案：AC,栏目链接,变式训练 1(多选)下列说法正确的是(BC) A粒子散射实验的结果证明原子核是由质子和中子构成 B比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 C玻尔理论认为：氢原子核外电子轨道能量变化是不连续的，存在着能级 D核力是短程力，只存在

13、质子和质子之间,解析：卢瑟福通过粒子散射实验，发现原子核式结构，不能证明原子核是由质子和中子构成，故A错误；比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故B正确；玻尔理论认为：氢原子核外电子轨道能量变化是不连续的，存在着能级，故C正确；核力是短程力，存在与质子和质子之间、中子与中子之间、质子与中子间，故D错误,(多选) 关于原子核的结合能，下列说法正确的是() A原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能 C铯原子核( )的结合能小于铅原子核( )的结合能 D比结合能越大，原子核越不稳定,【审题指导】(1

14、)比结合能：原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平均对每个核子所要添加的能量用于表示原子核结合松紧程度. (2)结合能：两个或几个自由状态的粒子结合在一起时释放的能量自由原子结合为分子时放出的能量叫做化学结合能，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能,解析：原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，A正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，B错误；铯原子核不如铅原子核稳定，所以铯原子核( )的结合能小于铅原子核( )的结合能，C正确；比结合能越大，原子核越稳定，D错误 答案：AC 点评：本题考查比结合能与原

15、子核稳定性的关系，核反应中的质量亏损,栏目链接,变式训练 2(多选)已知某核反应释放了能量，那么(CD) A核子的平均结合能增加、核子的总质量增大 B核子的平均结合能减少、核子的总质量减小 C核子的平均结合能增加、核子的总质量减小 D生成的新核比旧核更加稳定 解析：核反应释放了能量，由爱因斯坦质能方程知核子的总质量减小，平均结合能的大小反映了原子核的稳定程度，结合能小的原子核在转变为结合能大的原子核的核反应中，才释放出能量，而且生成的新核核子间结合得更加稳定，故C、D正确,一个静止的铀核 (原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核 (原子质量为

16、228.028 7 u)(已知：原子质量单位1 u1.67 kg，1 u相当于931 MeV) (1)写出核衰变反应方程并算出该核衰变反应中释放出的核能； (2)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？,【审题指导】(1)根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反应方程 (2)根据动量守恒定律和爱因斯坦质能方程求出释放的核能 解析：(1)根据质量数和电荷数守恒可得： 根据质能方程Em931 MeV代入数据可求得：释放出的核能为5.49 MeV.,变式训练 3下列关于核反应的说法正确的是(B) A爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化 B由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度 C核反应中发现的“质量