人教教材物理《核力与结合能》全文课件1.pptx

1、核力与结合能核力与结合能临泉一中5 55 5原子核中存在质子和中子.中子不带电，质子带正电。质子间存在很强的库仑斥力，然而质子却没有飞散.原子核稳定存在，说明核子间除库仑斥力外，一定还存在吸引力.问题：是否有可能是质子间的万有引力使质子维持在核内？若不是万有引力，你对核子间的作用力有何推测？2一、核力与四种基本相互作用万有引力远小于库仑力(10-35)，质子间无法依靠引力抗衡库仑斥力.原子核的稳定存在说明核子间存在一种很强的相互作用力核力，将核子仅仅束缚在核内.核力的性质，要通过实验确定.例如核子-核子散射实验、氘核(最简单的两核子组成体，“柿子专挑软的捏”)性质实验.通过对散射实验结果分析认

2、识核力的特点.3核力的主要性质o核力是强相互作用核力是强相互作用实验发现，核力约比库仑力大一百倍，从而维持核子不散开.核力主要表现为吸引力.o核力的短程性和饱和性核力的短程性和饱和性(1)核力力程是fm(10-15m)量级，小于原子核限度.超过核力力程，核力急剧减小为0.(2)每个核子只与临近的核子发生核力作用，相邻核子数目有限，核力具有明显的饱和性.4o核力的电荷无关性核力的电荷无关性质子与质子之间的核力、中子与中子间的核力、质子与中子之间的核力相等.5pnnpnp图1 核力与电荷无关32He31H相互作用相互作用引力引力弱弱电磁电磁强强表现形式天体 放射性日常世界 原子核量子观点np+e+

3、ve传递粒子引力子?W、Z0光子胶子力程10-18m 10-15m耦合强度10-3910-510-21m1m2引力子q1q2光子图2 通过抛接小球两个人施加相互作用8图3 两个电子交换虚光子相互作用Ae-e-e-B图4 介子作为核力的传播子汤川秀树(1907-1981)1935提出核力通过交换介子相互作用，由力程预言介子的质量.1947年介子被发现.汤川秀树获得1949年诺贝尔物理学奖.9nppnpppp0ppn+n-二、原子核中质子与中子的比例问题：观察教材图19.5-2.稳定核的质子数与中子数的关系，思考：o 中子数和质子数图线有何特点？o 对于轻核，质子数和中子数有何关系？o 重核中的中

4、子数和质子数有何特点？o 如何解释中子数与质子数的这种关系？10稳定核的质子数和中子数关系020406080100120140010203040506070809011ZNn 轻核的质子数与中子数近似相等对于轻核，质子和中子若成对存在，核力与电磁力(即库仑斥力)平衡，能稳定存在.n 重核的中子数多与质子数质子数目增多，核半径增大，相聚较远的质子间核力较弱，而电磁力是长程力，相距较远质子间仍存在较强的库仑斥力.可通过增加中子数目使质子受到的核力增强，平衡电磁力.12n 质子数很大的核不能稳定存在核力作用力程较短，当质子数目继续增加，即使增加中子数目，但核子间距较远，核力为0，无法和电磁力平衡，形

5、成的核无法稳定存在.核力的饱和性、短程性以及电磁作用力的特点决定稳定核素中的中子数和质子数关系13三、质能方程E=mc2“物体的质量是它所含能量的量度”.只要有质量m，物体本身必有E=mc2的能量；只要有能量E，必有质量E/c2.“不存在没有运动的物质，也不存在没有物质的运动，物质和运动之间存在着不可分割的联系.”14问题：如何理解质能方程？m=E/c2 能量改变E，质量相应改变E/c2.物体速度为 v 时的质量与物体的静止质量m0满足如下关系：物体速度v m0，即物体运动时的质量m总大于静止时的质量m0.15021()mmcv例例 1 计算1u相当于多少能量？解解 1u=12C原子质量的(1

6、/12).1mol12C共12g，有NA个12C原子.故16-2723A12111ug1.6605387 10kg126.02 10N272191.6605387 10(299792458)eV=931.5MeV1.602 10E思考与讨论：对于宏观物体，如运动汽车、高铁、超音速飞机、人造地球卫星等，是否要考虑由于运动导致的质量变化？宏观物体，速度远小于光速(例如卫星，第一宇宙速度约103m/s，(v/c)2数量级为10-10)，质量变化不需要考虑.然而，对于高能粒子，其速度接近光速，相对论效应必须考虑.17四、质量亏损和结合能实验发现，原子核的质量总是小于组成它的核子的质量和.18粒子静止质

7、量m0/u能量m0c2/MeV电子e0.000548580.51100质子p1.007276938.272中子n1.008665939.565氘核d2.0135531875.613氚核t3.0155012808.921氦核4.0015063727.379表1 一些粒子的质量和能量组成某一原子核的核子质量和该原子核质量之差称为原子核的质量亏损质量亏损.核子结合成原子核，核子总个数不变，但每个核子的质量都比没有结合时的自由核子质量略“小”了一些，产生质量亏损.问题：质量是能量的量度，E=mc2.自由核子形成原子核，是放出能量还是吸收能量？19质量是能量的量度，质量发生亏损，原子核的能量小于各个核子

8、能量之和.能量守恒，自由核子形成原子核过程向外释放出自由核子形成原子核过程向外释放出能量能量.反之，若将原子核中核子分开将原子核中核子分开，核子间存在很强的核力(吸引力)，需要克服核力需要克服核力做功，必须提供能量做功，必须提供能量.20思考与讨论：在将核子分开虽然要克服核力做功，质子与质子间的库仑力对质子做功.库仑力做功是否有可能等于克服核力做功，使得将核子分开不需要外界做功？库仑力远远小于核力，库仑力做功远小于克服核力做功.21一般总有体系的质量比起组分的各个质量之和小。分子的质量小于各个原子质量之和，原子的质量小于原子核质量与电子质量之和.任何两个物体结合在一起，都会释放一部分能量.一般

9、情况下，释放的能量微乎其微，无需考虑.例如电子和质子组成氢原子时，放出13.6eV的能量，相对于电子的静能可以忽略.22o结合能结合能自由核子组成原子核所释放的能量；将原子核中的核子分开，使核子成为自由核子，外界提供的能量.结合能：B=Zmp+Nmn-m(Z,A)c2结合能越大，将核子分开，提供的能量就越多；自由核子形成原子核释放的能量越多.23o比结合能比结合能原子核平均每个核子的结合能，即结合能除以核子个数.=B/A比结合能越大，将一个核子从原子核取出所需要的能量越多，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.24例例 2 中子的质量是mn=1.674910-27kg，质子的质量是mp=1.

10、672610-27kg，氘核的质量是mD=3.343610-27kg.求氘核的比结合能.解解 结合能为B=(mp+mn-mD)c2比结合能=B/2代入数据解得，=2.19MeV2526核素结合能/MeV比结合能/MeV2H2.2241.1123He7.7182.5734He28.307.077Li39.245.6112C92.167.6815N115.497.7016O127.617.9817O131.767.7540Ca342.058.5556Fe492.38.79132Xe1112.48.43235U1783.87.59238U1801.67.57表2 一些核素的结合能和比结合能人教版高中

11、物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)27原子核的比结合能曲线人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)A30，比结合能大约为8MeV.比结合能近似为常数，结合能正比于质量数A.曲线形状为两端低，中间高.中等质量的核结合得比较紧.很轻的核和很重的核结合得较松散.28人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合

12、能(共33张PPT)比结合能小的核变成比结合能大的核，即结合得比较松的核变到结合得紧的核，发生质量亏损，释放出能量.因此，有两个途径可以获得能量：1.重核分裂，一个重核分裂成两个中等质量的核；(例如原子反应堆、原子弹)2.轻核聚变.(例如氢弹)原子能(即核能)主要指原子核结合能发生变化时释放的能量.29人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)小结o 核力特点强相互作用短程性、饱和性电荷无关性o 原子核中子与中子比例1.稳定核中子数和质子数特点 2.解释o 质能方程E=mc2；方程含义o

13、质量亏损、结合能、比结合能、比结合能曲线30人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)课堂练习 1下列说法中正确的是（）A.核力的作用距离很短，只发生在相邻的两核子之间B.两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力C.同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同D.除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力31A人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)课堂练习 2天然放

14、射性现象中238U发生衰变后变成234Th，已知238U、234Th和粒子的质量分别是m1、m2和m3，它们之间应满足（）A.m1=m2+m3B.m2=m1+m3C.m1m2+m3D.m1m2+m332C人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)用质子轰击锂核(7Li)生成两个 粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方程的实验，已知质子初动能是0.6MeV，质子、粒子和锂核的质量分别是1.0073u、4.0015u和7.0160u.已知1u相当于931.5MeV，下列叙述中正确的是（）A.此反应过程质量减少0.0103uB.生成的两个粒子动能之和是18.3MeV,与实验相符C.核反应中释放的能量是18.9MeVD.若生成的两个粒子的动能之和是19.5MeV,与实验相符.33CD人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)