《核力与结合能》名师课件2.pptx

1、第十九章 原子核 第5节 核力与结合能中子中子 质子质子 统称统称核子核子 原原 子子 核核 的的 组组 成成 1015m XAZ质量数质量数元素符号元素符号质子数质子数中子数中子数=带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？核力核力mpmp库仑力库仑力万有万有引力引力 核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核？在这么小的空间里带正电的质子与质子间的在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的很大，万有引力太小，只有库仑力的10-36。+核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉

2、在一起在一起,此力称为此力称为核力核力。2.核力是短程力核力是短程力。约在。约在 10-15m量级时起作用，距离量级时起作用，距离大于大于0.810-15m时为引力时为引力,距离为距离为1.510-15m时核力几时核力几乎消失，距离乎消失，距离小于小于0.810-15m时为斥力时为斥力。3.核力具有饱和性核力具有饱和性。核子只跟邻近的核子产生较。核子只跟邻近的核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。1.核力是核力是强相互作用（强力）强相互作用（强力）的一种表现。在的一种表现。在原子原子核的尺度内核的尺度内，核力比库仑力大得多。，核力比库仑力大得

3、多。核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？4.核力具有电荷无关性核力具有电荷无关性。质子与质子，质子与中。质子与质子，质子与中子，中子与中子之间都具有核力子，中子与中子之间都具有核力除核力外原子核内还存在除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）弱相互作用（弱力）弱力是引起弱力是引起中子质子中子质子转变的原因转变的原因弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为1018m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。四种基本相互作用四种基本相互作用万有引力万有引力电磁力电磁力强相互作用强相互作用弱相互作用弱相互作用二、原子核中质子与中子的比例二、原子

4、核中质子与中子的比例U 235 9222286 27 13 66 29 16 8AlAlCuRno 4 2He281437136143自然界中较轻的原子核，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越重的元素，两者相差越多。越多。？核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，着距离的增加，与与 都会减小，都会减小，但但 减小得更快。所以，原子核大到一定程减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的度时，相距较

5、远的质子间的核力不足以平衡它们核力不足以平衡它们之间的库仑力之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，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，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子中子与其他核子没有与其他核子没有 力，但有相互吸引力，但有相互吸引的的 ，有助于维系原子核的稳定。，有助于维系原子核的稳定。由于这个由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。核力核力电磁力电磁力核力核力库仑斥库仑斥核力核力 由于核力的作用范围是有限的，如果继续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

6、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。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行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。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，则正在瓦解之现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。中。HHn211110原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开时，原子核是核子凭借核力结

7、合在一起的，要把它们分开时，要吸收同样的能量这个能量要吸收同样的能量这个能量叫做原子核的结合能叫做原子核的结合能三、结合能三、结合能nHH101121比结合能比结合能：结合能与核子数之比，称做为比：结合能与核子数之比，称做为比结合结合能能。也叫平均结合能。也叫平均结合能。比结合能越大比结合能越大，表示原子核中核子结合得越，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核牢固，原子核越稳定越稳定爱因斯坦质能方程爱因斯坦质能方程 E=mc2 式中式中c是真空中的光速，是真空中的光速，m是物体的质是物体的质量，量，E是物体的能量。是物体的能量。核子核子在在结合成原子核结合成原子核时出现的时出现的质量亏损质量亏损

8、 mm，正正表明它们在互相结合过程中表明它们在互相结合过程中放出了能量放出了能量 E=E=mmc c2 2四、质量亏损四、质量亏损1、例题：、例题：HHn211110中子的质量中子的质量 =1.6749=1.6749 10102727Kg Kg 质子的质量质子的质量 =1.67261027Kg 中子和质子的质量和中子和质子的质量和 =3.34751027Kg 氘核的质量氘核的质量 =3.34361027Kg 质量差质量差 mm =0.00391027Kg E=E=mmc c2 2=0.00391027（3 108）2Jev=2.19Mevev氘核的氘核的比比结合能结合能=1.10Mev=1.1

9、0Mev有关问题的理解和注意事项有关问题的理解和注意事项1、核反应过程中，质量亏损时，核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损核子个数不亏损(即即质量数守恒质量数守恒)，可理解为组成原子核后，核内每个核子可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛仿佛“瘦了瘦了”一些一些.2、质量亏损并非质量消失，而是减少的质量质量亏损并非质量消失，而是减少的质量 m以能以能量形式辐射量形式辐射(动质量动质量)，因此，因此质量守恒定律不被破坏质量守恒定律不被破坏.公式公式 E=E=mmc c2 2 的单位问题的单位问题国际单位国际单位:m用用“kg”C用用“m/s”E E用用“J J”常用单位常用单位:m用用“u(

10、原子质量单位原子质量单位)”1u=1.66056610-27kg1uc1uc2 2=931MeV 931MeV (表示表示1u 1u 的质量变化相当于的质量变化相当于931Me V931Me V的能量改变的能量改变)E=E=mmc c2 2=1.6605661027（3 108）2例例2 2两个中子和两个质子结合成一个氦两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，核，同时释放一定的核能，中子的质量为中子的质量为1.008 7 u1.008 7 u，质子的质量为质子的质量为1.007 3 u1.007 3 u，氦核的质量为氦核的质量为4.002 6 u4.002 6 u，试计算要释放，

11、试计算要释放出多少核能？出多少核能？2 2个中子和个中子和2 2个质子的质量和个质子的质量和 =4.0320u=4.0320u氦核的质量氦核的质量=4.0026u4.0026u质量差质量差 mm =0.0294u E=E=mmc c2 2=0.0294uc2=27.37Mev中等大小的核比中等大小的核比结合能最大（结合能最大（每每个核子最个核子最“廋廋”，质量亏损最大），质量亏损最大），最稳定最稳定较重的核裂变成中等大小的核较重的核裂变成中等大小的核较小的核合并成中等大小的核较小的核合并成中等大小的核都会有质量亏损，释放能量都会有质量亏损，释放能量OZABCDEFFe核子平均质量核子的平均质量

12、与原子序数之间的关系核子的平均质量与原子序数之间的关系核反应核反应电子原子核 在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应 物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做能的反应叫做核裂变核裂变把轻核结合成质量较大的核，把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反映叫做释放出核能的反映叫做核聚变核聚变一、核裂变一、核裂变核聚变核裂变 1939 1939年年1212月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉月，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核斯曼发现，用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变。铀核

13、裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡裂变的产物是多种多样的，一种典型的反映是裂变为钡和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：和氪，同时放出三个中子，其核反应方程是：铀核的裂变铀核的裂变U23592n10+Ba14456Kr8936+n310裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂裂变中释放出巨大的能量，在上述裂变中，裂变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：变后的总质量小于裂变前的总质量，质量亏损：kg103578.027m释放出的能量为释放出的能量为MeV2012mcE1kg铀全部裂变，它放出的能量超过2000t优质煤完全燃烧时释放的能量用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出

14、的用中子轰击铀核时，铀核发生了裂变，释放出的中子又引起了其他铀核的裂变，也就是中子又引起了其他铀核的裂变，也就是链式反应链式反应链式反应链式反应由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一由裂变重核裂变产生的中子使反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫使裂变物资能够发生链式反应的最小体积叫做它的做它的临界体积临界体积，相应的质量叫做，相应的质量叫做临界质量临界质量。链式反应链式反应nHeHH10322121nHeHH10423121一、一、核聚变（热核反应）核聚变（热核反应）某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的

15、原子核，某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做这种核反应叫做聚变聚变。根据所给数据根据所给数据,计算下面核反应放出的能量计算下面核反应放出的能量:nHeHH10423121氘核的质量：氘核的质量：mmD D2.014102u2.014102u氚核的质量：氚核的质量：mmT T3.016050u3.016050u氦核的质量：氦核的质量：mm4.002603u4.002603u中子的质量：中子的质量：mmn n=1.008665u=1.008665u)(nTDmmmmmu018884.0MeV5.93101884.02mcEMeV59.17E平均每个核子放出的能量在平均每个核子放出的能量在3MeV以上，比裂变反应中平均每个以上，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大核子放出的能量大34倍。倍。发生聚变的条件发生聚变的条件:使原子核间的距离达到使原子核间的距离达到1010-15-15m m，（原子核需要很大的动能才会（原子核需要很大的动能才会“撞撞”在一起）在一起）实现的方法有实现的方法有:1 1、用加速器加速原子核；、用加速器加速原子核；、把原子核加热到很高的温度；、把原子核加热到很高的温度；108109K不经不经济济聚变反应又叫热核反应聚变反应又叫热核反应