高中物理第五節(jié)《核力與結(jié)合能》課件4（21張PPT）（人教版選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第五節(jié)核力與結(jié)合能 原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子組成的 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 電荷數(shù) 質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 核子數(shù) 原子核的半徑約為10 15m 只相當(dāng)原子半徑的萬分之一 在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫侖斥力是很大 萬有引力太小 只有庫侖力的10 36 而通常原子核是穩(wěn)定的 于是核內(nèi)還應(yīng)有另一種力把各種核子緊緊拉在一起 此力稱為核力 核力 mp mp 庫侖力 庫侖力 萬有引力 萬有引力 核力 核子靠什么力結(jié)合成原子核 核力 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 核力具有怎樣的特點(diǎn)呢 一 核力 2 核力是短程力 約在10 15m量級時(shí)起作用 距離大于0 8 10 15m時(shí)為引力 距離為10 10 15m時(shí)核力幾乎消失 距離小于0 8 10 15m時(shí)為斥力 3 核力具有飽和性 核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力 而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用 4 核力具有電荷無關(guān)性 對給定的相對運(yùn)動狀態(tài) 核力與核子電荷無關(guān) 要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物 夸克的相互作用 1 核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用 強(qiáng)力 的一種表現(xiàn) 除核力外原子核內(nèi)還存在弱相互作用 弱力 弱力是引起中子 質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因弱相互作用也是短程力 力程比強(qiáng)力更短 為10 18m 作用強(qiáng)度則比電磁力小 二 原子核中質(zhì)子與中子的比例 二 原子核中質(zhì)子與中子的比例 自然界中較輕的原子核 質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對于較重的原子核 中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 為什么會這樣呢 核越來越大 有些核子間的距離越來越遠(yuǎn) 隨著距離的增加 核力與電磁力都會減小 但核力減小得更快 所以 原子核大到一定程度時(shí) 相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力 這個原子核就不穩(wěn)定了 這時(shí) 如果不再成對地增加核子 而只增加中子 中子與其他核子沒有庫侖斥力 但有相互吸引的核力 有助于維系原子核的穩(wěn)定 由于這個原因 穩(wěn)定的重原子核里 中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多 由于核力的作用范圍是有限的 如果繼續(xù)增大原子核 一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用 這時(shí)即使再增加中子也無濟(jì)于事 這樣的核必然是不穩(wěn)定的 在宇宙演化的進(jìn)程中 各種粒子有機(jī)會進(jìn)行各種組合 但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了 只有200多種穩(wěn)定的原子核長久地留了下來 現(xiàn)在觀察到的天然放射性元素 則正在瓦解之中 某一數(shù)值時(shí) 某一數(shù)值時(shí) 相同 由于核子間存在著強(qiáng)大的核力 所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí) 都伴隨著巨大的能量變化 可見 當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量 原子核分解成核子時(shí) 要吸收同樣的能量 這個能量叫做原子核的結(jié)合能 三 結(jié)合能 結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量 而是為把核子分開而需要的能量 比結(jié)合能 結(jié)合能與核子數(shù)之比 稱做為比結(jié)合能 也叫平均結(jié)合能 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 結(jié)合能 四 質(zhì)量虧損 1 例題 中子的質(zhì)量 1 6749 10 27Kg質(zhì)子的質(zhì)量 1 6726 10 27Kg中子和質(zhì)子的質(zhì)量和 3 3475 10 27Kg氘核的質(zhì)量 3 3436 10 27Kg質(zhì)量差 0 0039 10 27Kg 四 質(zhì)量虧損 2 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 例題 愛因斯坦質(zhì)能方程E mc2式中c是真空中的光速 m是物體的質(zhì)量 E是物體的能量 核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損 m 正表明它們在互相結(jié)合過程中放出了能量 E m c2 3 有關(guān)問題的理解和注意事項(xiàng) 第一 核反應(yīng)過程中 核子結(jié)合成原子核時(shí) 新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量 質(zhì)量虧損 同時(shí)以 光子形式釋放核能 原子核分解為核子時(shí) 需要吸收一定能量 核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量 第二 核反應(yīng)過程中 質(zhì)量虧損時(shí) 核子個數(shù)不虧損 即質(zhì)量數(shù)守恒 可理解為組成原子核后 核內(nèi)每個核子仿佛 瘦了 一些 第三 質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失 而是減少的質(zhì)量 m以能量形式輻射 動質(zhì)量 因此質(zhì)量守恒定律不被破壞 第四 公式 E m c2的單位問題 國際單位 m用 kg C用 m s E用 J 常用單位 m用 u 原子質(zhì)量單位 1u 1 660566 10 27kg E用 uc2 1uc2 931MeV 表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變 P39問題與練習(xí)3 當(dāng)然 2 19MeV的能量的絕對數(shù)量并不算大 但這只是組成1個氘核所放出的能量 如果組成的是6 02 1023個氘核時(shí) 放出的能量就十分可觀了 與之相對照的是 使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393 5 103J 折合為每個碳原子在完全燃燒時(shí)放出的能量只不過4eV 若跟上述核反應(yīng)中每個原子可能放出的能量相比 兩者相差數(shù)十萬倍 第五 核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個數(shù)量級 課堂練習(xí) 1 試證明 1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931 50MeV的能量 1u 1 6606 27kg 光速c 2 9979 108m s 1eV 1 6022 10 19J 2 碳原子的質(zhì)量是12 000000u 可以看做是由6個氫原子 質(zhì)量是1 007825u 和6個中子組成的 求核子結(jié)合成碳原子核時(shí)釋放的能量 在計(jì)算中可以用碳原子的質(zhì)量代替碳原子核的質(zhì)量 用氫原子的質(zhì)量代替質(zhì)子的質(zhì)量 因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量可以在相減過程中消去 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全