1、第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 3核力与结合能 1.了解四种基本相互作用,知道核力的特点。 2.理解结合能和比结合能的概念。 3.知道质量亏损,理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 2.核力及核力的特点 (1)核力:原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用,即存在一种 核力,它使得核子紧密地结合在一起,形成稳定的原子核。这种作用称为强 相互作用。 1.四种基本相互作用 1 | 核力与四种基本相互作用 更短 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 (2)核力的特点:距离增大时,强相互作用急剧减小,它的作用范围只有约
2、10-15m,即原子核的大小,超过这个界限,这种相互作用实际上已经不存在了,它是 短程力。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开,也需要能量 ,这就是原子核的结合能。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能 量。组成原子核的核子越多,它的结合能越大。 2.比结合能 原子核的结合能与核子数之比,叫作比结合能,也叫作平均结合能。 比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。 2 | 结合能 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.爱因斯坦质能方程:E=mc2。 2.质量亏损 原子核的质量小于组成它的核子的
3、质量之和,这个现象叫作质量亏损。质 量亏损表明,的确存在着原子核的结合能。 3.比结合能的特点 (1)不同原子核的比结合能是不一样的。 (2)中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大),这些核 最稳定。 3 | 质量亏损 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 1.原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。() 提示:原子核中粒子所受的万有引力远小于电磁力,不可能达到平衡。 2.核力是强相互作用,在任何情况下都比库仑力大。() 提示:核子间距离超过10-15m,核力消失。 3.原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的。() 提示:原子核内的质子是靠核力来抗衡库仑斥
4、力的。 4.弱相互作用是引起原子核衰变的原因。() 5.质能方程E=mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。() 提示:质能方程E=mc2表明了一定质量与一定能量相对应。 判断正误，正确的画“ ” ，错误的画“ ” 。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 6.原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。() 提示:原子核的结合能就是核子结合成原子核时释放的能量。 7.组成原子核的核子越多,它的结合能就越大。() 8.结合能越大,核子结合得越牢固,原子核越稳定。() 提示:比结合能越大,原子核越稳定。 9.比结合能越大,原子核越稳定。() 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基
5、本概念 | 结合能和质量亏损 情境原子核的核子之间存在着巨大的核力,使小小的原子核蕴藏巨大的能量。 如图,氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的,要把它们分开,需 要吸收能量。反过来,4个核子结合成氦原子核要放出能量。 当核反应发生时,要吸收或放出大量的能量。在有质量亏损的核反应当中,放出能 量。进入20世纪以后,核能已成为能源家族中重要的一员。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 问题 1.是不是从任何一种核反应中都能获得能量? 提示:不是。有的核反应需要吸收能量。 2.有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种认识对不对? 提示:不对。在核反应中质量数守恒即核子的个
6、数不变,只是核子组成原子核时,仿 佛变“轻”了一些,原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,即发生了质量亏 损。 3.核反应过程发生了质量亏损,同时释放出核能,能说这部分质量转变为能量了吗? 提示:不能。质量亏损并不是这部分质量转变为能量。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 比结合能与原子核稳定的关系比结合能与原子核稳定的关系 (1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度,比结合能越大,原子核中核子结合 得越牢固,原子核越稳定。 (2)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时,就可能释放核能。 例如,一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核,或者两个核子数很小 的
7、轻核结合成一个核子数大一些的核,都能释放出巨大的核能。 质量亏损与质能方程质量亏损与质能方程 (1)质量亏损,并不是质量消失。 (2)质能方程E=mc2说明一定的质量总是跟一定的能量相联系的。质能方程揭示了 质量和能量的不可分割性,建立了这两个属性在数值上的关系,但不等于这两个量 可以相互转化。 (3)根据质能方程,物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加,则总能量随之增 加;质量减少,总能量也随之减少,这时质能方程也写作E=mc2。 第第1讲描述运动的基本概念讲描述运动的基本概念 计算核能的方法计算核能的方法 (1)根据质量亏损计算核能 先计算质量亏损m:根据核反应方程,计算核反应前后的质量亏损m。 再计算核能E:若m的单位是千克,则应用E=mc2计算核能,E的单位是焦耳;若 m的单位是u,则应用E=m931.5MeV计算核能,E的单位是MeV。 (2)根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,利 用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。 (3)利用比结合能来计算核能 原子核的结合能=原子核的比结合能核子数。核反应中反应前系统内所有原子核 的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或 吸收)的核能。
