新教材人教版高中物理選擇性必修第三冊(cè) 5.3核力與結(jié)合能 教學(xué)課件

1、第五章 原子核5.3 核力與結(jié)合能1知道核力的概念、特點(diǎn)及自然界存在的四種基本相互作用。2知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減小。3理解結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損。4知道愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。學(xué)習(xí)目標(biāo)新課導(dǎo)入 原子核是由中子和質(zhì)子構(gòu)成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開(kāi)呢？F庫(kù)中子 質(zhì)子 原子核中的質(zhì)子要靠自身的萬(wàn)有引力來(lái)抗衡相互間的庫(kù)侖力是不可能的。在核子之間一定存在著第三種力，把核子束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。第三種力核力是核力把核子束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。質(zhì)子相互間距r的數(shù)量級(jí)為10-15

2、m；質(zhì)子質(zhì)量m的數(shù)量級(jí)為10-27kg，質(zhì)子電量e的數(shù)量級(jí)為10-19C；萬(wàn)有引力常量G的數(shù)量級(jí)為10-11，靜電力常量k的數(shù)量級(jí)為109。估算庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力之比？新課講解一、核力與四種基本相互作用能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。1、核力：2、核力的特點(diǎn)：核力是短程力。約在10-15m 數(shù)量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.810-15m時(shí)為引力, 距離為1.510-15m 時(shí)核力幾乎消失，距離小于 0.810-15m 時(shí)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起。核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。在原子核尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多（比庫(kù)侖力強(qiáng)137倍）。 核力與電荷無(wú)關(guān)。（核力與核子電荷無(wú)關(guān)

3、）核力具有飽和性。每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱之為核力的飽和性。 作用對(duì)象特點(diǎn)作用范圍舉例引力相互作用電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用一切物體之間 隨距離增大而減弱 長(zhǎng)程力，宏觀重力電荷間、電流間、磁體間 引力相互作用長(zhǎng)程力，宏觀彈力、摩擦力組成原子核的核子之間 距離增大時(shí)，急劇減小 短程力，微觀 核力基本粒子之間 距離增大時(shí)，急劇減小，比強(qiáng)相互作用小得多基本粒子間的力 短程力，微觀 3、四種基本相互作用的對(duì)比 引起原子核衰變的原因二、結(jié)合能 相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體，由于萬(wàn)有引力而相互接近，運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越大，引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。最后撞在一起，一部分動(dòng)能變成熱并散失掉了。兩個(gè)物體為

4、了結(jié)合而付出了代價(jià)失去了一些能量，如果要把它們分開(kāi)，還要重新賦予它們能量。 宏觀現(xiàn)象： 要使基態(tài)氫原子電離，也就是要從氫原子中把電子剝離，需要通過(guò)碰撞、施加電場(chǎng)、讓氫原子吸收光子等途徑使它得到相應(yīng)的能量。微觀現(xiàn)象：如圖5.3-3，氦原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開(kāi)，需要吸收能量。反過(guò)來(lái)，4個(gè)核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分開(kāi)需要的能量與核子結(jié)合放出的能量有什么關(guān)系？為光子，其能量27.386MeV，反應(yīng)才能發(fā)生為光子，其能量27.386MeV把核子分開(kāi)需要的能量與核子結(jié)合放出的能量相等。分開(kāi)氦原子核核子結(jié)合成氦原子核1、結(jié)合能原子核分解成核子時(shí)所吸收的

5、能量。吸收27.386MeV吸收2.2MeV也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量 組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能越高。因此，有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比。2、比結(jié)合能（平均結(jié)合能） 意義：它反映了一個(gè)原子核穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。 三、質(zhì)量虧損 原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。1、質(zhì)量虧損：（組成原子核的核子的質(zhì)量之和與原子核的質(zhì)量之差）(3)質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個(gè)數(shù)是不變的。(2)在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒。 質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量

6、消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?。物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。愛(ài)因斯坦 物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系，他們的關(guān)系是： 核子在結(jié)合成原子核時(shí)要放出能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，大小為：質(zhì)能方程 物體質(zhì)量，隨著能量的變化，會(huì)發(fā)生變化。2、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：Emc2 （Emc2）Emc2 Emc23、原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化曲線（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）鐵（Fe）原子的比結(jié)合能最大鐵（Fe）原子比較穩(wěn)定比結(jié)合能最高的是鎳-62。只不過(guò)鎳-62最終也會(huì)衰變成鐵元素，所以我們會(huì)習(xí)慣性地認(rèn)為鐵元素的比結(jié)合能最高。3、原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化曲線

7、（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）核子平均質(zhì)量比結(jié)合能核子的平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化z核子結(jié)合成鐵原子核或鐵附近的原子核時(shí)，每個(gè)核子平均放出的能量大 中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。 使較重的核分裂成中等大小的核，比結(jié)合能會(huì)增加，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放結(jié)合能。 結(jié)合能：1、核力與四種基本相互作用四種相互作用:核力：2、結(jié)合能3、質(zhì)量虧損比結(jié)合能：引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。原子核分解成核子時(shí)所吸收的能量。原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做

8、質(zhì)量虧損。Emc2課堂小結(jié)【例題1】 (多選)下列說(shuō)法正確的是( )A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發(fā)生B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核,但又不會(huì)融合在一起C.質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子之間都可能有核力D.核力是一種弱相互作用力,在其作用范圍內(nèi),核力比庫(kù)侖力大得多解析：ABC核力作用的范圍在10-15 m區(qū)域內(nèi)，只在鄰近核子間發(fā)生，是短程力，A正確；核力可能表現(xiàn)為引力，也可能表現(xiàn)為斥，B正確；核力是核子之間的強(qiáng)相互作用力，C正確；核力是一種強(qiáng)相互作用力，D錯(cuò)誤。典例分析【例題2】下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中,正確的有()A.核子結(jié)合

9、成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,因此它的結(jié)合能也一定越大C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大解析：D核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)正確?！纠}3】已知中子的質(zhì)量是mn=1

10、.674910-27kg，質(zhì)子的質(zhì)量是mp=1.672610-27kg，氘核的質(zhì)量是mD=3.343610-27kg，求氘核的比結(jié)合能.單個(gè)質(zhì)子和單個(gè)中子的質(zhì)量和為mp+mn=（1.6726+1.6749）10-27kg=3.347510-27kg這個(gè)數(shù)值與氘核質(zhì)量之差m （mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）10-27kg=0.003910-27kg與這個(gè)質(zhì)量差相對(duì)應(yīng)的能量為E=mc2=0.003910-27(3.00108)2J=3.5110-13J氘核的比結(jié)合能為核物理中，能量單位常使用電子伏特：1eV=1.6010-19J，所以結(jié)合能是解析：解析：A【例題4】用速度大小為

11、v的中子轟擊靜止的鋰核(Li)，發(fā)生核反應(yīng)后生成氚核和粒子。生成的氚核速度方向與中子的速度方向相反，氚核與粒子的速度之比為78，中子的質(zhì)量為m，質(zhì)子的質(zhì)量可近似看成m，光速為c。寫(xiě)出核反應(yīng)方程； 求氚核和粒子的速度大??；若核反應(yīng)過(guò)程中放出的核能全部轉(zhuǎn)化為粒子和氚核的動(dòng)能，求出質(zhì)量虧損。解析：1.對(duì)于核力，以下哪些說(shuō)法是正確的()A核力是弱相互作用，作用力很小B核力是強(qiáng)相互作用，是強(qiáng)力C核子之間的距離小于0.81015m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起D人們對(duì)核力的了解很清楚，特別是在小于0.81015m時(shí)，核力的變化規(guī)律更清楚當(dāng)堂小練解析：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1

12、.51015m之內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多。因此，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤。核力在大于0.81015m時(shí)，表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，在距離小于0.81015m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起。所以，選項(xiàng)C正確。人們對(duì)核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故D項(xiàng)不正確。答案：BC2.關(guān)于核力與結(jié)合能，下列說(shuō)法不正確的是（）A核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，可為引力也可為斥力B核力具有飽和性和短程性，重核的中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)C比結(jié)合能小的原子核合成或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)一定釋放核能D原子核的結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定解析：A核力是短程力，作用范圍在之內(nèi)，

13、核力在大于時(shí)表現(xiàn)為引力，且隨距離增大而減小，超過(guò)，核力急劇下降幾乎消失，而在距離小于時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，故A正確，不符合題意；B核力具有飽和性和短程性，重核的中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)，故B正確，不符合題意；C比結(jié)合能小的輕核合成比結(jié)合能大的原子核，比結(jié)合能小的重核分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)都要發(fā)生質(zhì)量虧損，則一定釋放核能，故C正確，不符合題意；D原子核的比結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，故D正確，符合題意。故選D。答案：D3. 核燃料鈾-235的一種典型的裂變方程是 ，衰變方程是 ，下列說(shuō)法正確的是（）A裂變過(guò)程吸收能量BX核中含有88個(gè)中子CX核與 核的總質(zhì)量大于 核的質(zhì)量D裂變釋放能量

14、產(chǎn)生的高溫會(huì)加快 的衰變解析：A核反應(yīng)釋放能量，所以核裂變和衰變都釋放能量，故A錯(cuò)誤；B核反應(yīng)遵循電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，故新核X的質(zhì)量數(shù)為235-89-2=144，電荷數(shù)為92-36=56，故新核X的中子數(shù)為144-56=88，故B正確；C核反應(yīng)質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)虧損，X核與 核的總質(zhì)量小于 核的質(zhì)量，故C錯(cuò)誤；D放射性元素衰變的快慢是由原子核內(nèi)部自身決定的，與外界的物理和化學(xué)狀態(tài)無(wú)關(guān),故D錯(cuò)誤。故選B。答案：B4、氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成,這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力和核力,則三種力從大到小的順序是()A.核力、萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力B.萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力、核力C.庫(kù)侖力、核力、萬(wàn)有引力D.核力、庫(kù)侖力、萬(wàn)有引力解析：核力是核子之間的一種強(qiáng)相互作用,其相互作用力巨大,遠(yuǎn)超過(guò)兩個(gè)質(zhì)子之間的庫(kù)侖力,兩質(zhì)子之間的萬(wàn)有引力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力,故選項(xiàng)D正確。D5、太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量,同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為41026 J,根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A.1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg解析：由質(zhì)能方程E=mc2,D6、(多選)下列