高中物理新课标版人教版选修3-5课件：19《核力与结合能》

高中物理新课标版人教版选修3-5课件：19《核力与结合能》

19.5《核力与结合能》 教学目标 § 1、知识与技能 § （1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相 互作用； § （2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数 的增大而减小； § （3）理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损； § （4）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 § 2、过程与方法 § （1）会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释 放的核能； § （2）培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 § 3、情感、态度与价值观 § （1）使学生树立起实践是检验真理的标准、科学 理论对实践有着指导和预见作用的能力； § （2）认识开发和利用核能对解决人类能源危机的 重要意义。 § 教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理 解。 § 教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、 质量与能量的关系。 § 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 § 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、 放像、课件播放等。 原子核的组成 原子核是由质子和中子组成的，质 子和中子统称为核子． 电荷数=质子数 质量数=质子数+中子数=核子数 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。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。 核力 m p m p 库仑力 库仑力 万 有 引 力 万 有 引 力核力 核子靠什么力结合成原子核？ 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． 核力具有怎样的特点呢？ 一、核力： 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。对给定的相对运动状态，核力与 核子电荷无关。 要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物——夸克的相互作用。 1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表 现。 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。 二、原子核中质子与中子的比例 二、原子核中质子与中子的比例 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？ 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。 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子 核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作 用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然 是不稳定的。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组 合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多 种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然 放射性元素，则正在瓦解之中。 某一数值时 某一数值时 相同 三、结合能 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． nHH HHn 1 0 1 1 2 1 2 1 1 1 1 0     例如： 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． 三、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。 三、结合能 四、质量亏损 1、例题： 中子的质量 =1.6749×10－27Kg 质子的质量 = 1.6726×10－27Kg 中子和质子的质量和 = 3.3475×10－27Kg 氘核的质量 = 3.3436×10－27Kg 质量差 = 0.0039×10－27Kg  HHn 2 1 1 1 1 0 四、质量亏损 2、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。 1、例题： 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Δm， 正表明它们在互相结合过程中放出了能量 ΔE=Δm·c2 3、有关问题的理解和注意事项 第一.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. 第二.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. 第三.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 (动质量),因此质量守恒定律不被破坏. 第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位问题 常用单位: m用“u(原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931Me V的能量改变) 当然，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1 个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个氘核时， 放出的能量就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的碳完全 燃烧放出的能量为393.5×103J．折合为每个碳原子在完全燃 烧时放出的能量只不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能 放出的能量相比，两者相差数十万倍． 第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸 收的能量大好几个数量级. 课堂练习: (1)试证明，1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能 量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s， 1eV=1.6022×10-19J． (2)碳原子的质量是12.000 000 u，可以看做是由6个 氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求核 子结合成碳原子核时释放的能量．(在计算中可以用 碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质 量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过 程中消去．) 出多少能量？并求出衰变过程中释放 ）。写出核反应方程，的原子量为（ 粒子）时，释放出（原子量为 ）衰变为（原子量为 0026.4He 0287.228 Th0372.232U.3 4 2 228 90 235 92 