1、第五节第五节 核力与结合能核力与结合能1ppt课件一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用20世纪初，人们知道自然界存在和这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的 核子靠什么力结合成原子核？核子靠什么力结合成原子核？2ppt课件 原子核的半径约为原子核的半径约为10-15m , 只只相当原子半径的万分之一。在这相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的力太小，只有库仑力的10-36。而。而通常原子核是稳定的通常原子核是稳定的,于是核内还于是核内还应有另一
2、种力把各种核子紧紧拉应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起在一起, 此力称为核力。此力称为核力。核力核力mpmp库仑力库仑力库仑力库仑力万有万有引力引力万有万有引力引力核力核力3ppt课件核力：能够把核中的各种核子联系在一起的核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力强大的力叫做核力核力具有怎样的特点呢？核力具有怎样的特点呢？1、核力：、核力：4ppt课件2. 核力是核力是短程力短程力。约在。约在 10-15m量级时起作用，距离大于量级时起作用，距离大于0.810-15m时为时为引力引力, 距离为距离为1.510-15m时核力几乎消失，距时核力几乎消失，距离小于离小于0.810-15m
3、时为时为斥力斥力，因此核子不会融合在一起。，因此核子不会融合在一起。1. 核力是四种相互作用中的核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）强相互作用（强力）的一种表的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。3. 核力具有核力具有饱和性饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。这种性质称之为核力的饱和性。 特特 点点4. 核力具有核力具有电荷无关性电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。（见书本子电荷无关。（见书本P79图）图）5ppt课件
4、 弱相互作用是引起原子核发生衰变的原因,即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-8m，作用强度比电磁力弱。 6ppt课件1.1.万有引力：万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。宙的现状和未来。四四种种相相互互作作用用3.3.强相互作用：强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。在原子核内，强力将核子束缚在一起。2.2.电磁力：电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使在原子核外，电磁力使电子结
5、合成分子，使分子结合成液体与固体。分子结合成液体与固体。电磁力和万有引力都是电磁力和万有引力都是“长程力长程力”，即它们可以作用到，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小无限远的距离，当然距离越远，力就越小4.4.弱相互作用：弱相互作用：弱相互作用是引起原子核弱相互作用是引起原子核衰变的原因，衰变的原因，即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，即引起中子质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为其力程比强力更短，为10101818m m，作用强度则比电磁力小。，作用强度则比电磁力小。 物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论物理学有一条理论：叫做
6、简单才是美。能否将这四条理论统一起来呢？统一起来呢？7ppt课件二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数大致相等；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。8ppt课件二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，
7、原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。9ppt课件二、原子核中质子和中子的比例二、原子核中质子和中子的比例 不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，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，形成的核也一定是不稳定的。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行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了，只各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有有200多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观多种稳
8、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，则正在瓦解之中。察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。10ppt课件三、结合能三、结合能 当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。nHHHHn101121211110例如： 结合能并结合能并不是不是由于核子结合成原子核而由于核子结合成原子核而具有具有的能量，的能量，而是而是为把核子分开而为把核子分开而需要需要的能量。的能量。11ppt课件类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV 的能量。这个能量实际
9、上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中 12ppt课件比结合能：比结合能：结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能比结合能越大越大，表示原子核中核子结合得，表示原子核中核子结合得越牢固越牢固，原子核原子核越稳定越稳定。因为比结合能越大，将每个核子因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大分开所需的能量越大13ppt课件14ppt课件四、质量亏损四、质量亏损 爱因斯坦的质能方程：Emc2， 能量减小E=mc215ppt课件四、质量亏损四、质量亏损质量减小量: m=( mp+ mn)- mD=0.003910-27kg；能量减
10、小量: E=m c2=3.5110-13J=2.19106eV；结合能:E=m c2=2.19MeV；比结合能为:E/n=E/2=1.10MeV 。16ppt课件四、质量亏损四、质量亏损 没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以光子释放出去。 没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于光子的动质量。17ppt课件四、质量亏损四、质量亏损 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。 中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大）。18ppt课件四、质量亏损四、质量亏损 使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小
11、的核合并成中等质量的核； 因为使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，即核子将发生新的质量亏损，释放新的核能。19ppt课件典例探究典例探究四、质量亏损四、质量亏损A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和中子的质量和B.反应前后质量数不变，因而质量不变反应前后质量数不变，因而质量不变C.核子结合成核时，一定释放核能核子结合成核时，一定释放核能D.光子具有的能量为光子具有的能量为2mcm例例2（B级）级）.中子和质子结合成氘核，同时释放中子和质子结合成氘核，同时释放光子，核反应方程是光子，核反应方程是
12、 ,下列说下列说法正确的是（法正确的是（ ）为核反应中的质量亏损为核反应中的质量亏损102111HH+n ACD 20ppt课件典例探究典例探究四、质量亏损四、质量亏损例3(B级). 碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。试证明1u相当于931MeV。证明： 碳原子的摩尔质量为M=12g/mol，所以一个碳原子质量为m=M/NA=1.99310-26kg 所以1u=m/12=M/12NA=1.660610-27kg 代入公式E=mc2得： E=1.492410-10J=931MeV 得证21ppt课件课堂练习课堂练习:碳原子的质量是碳原子的质量是12.000 000 u12.000
13、000 u，可以看做是由，可以看做是由6 6个氢个氢原子原子( (质量是质量是1.007 825u)1.007 825u)和和6 6个中子组成的求核子个中子组成的求核子结合成碳原子核时释放的能量结合成碳原子核时释放的能量( (在计算中可以用碳在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去中消去) )22ppt课件出出多多少少能能量量？并并求求出出衰衰变变过过程程中中释释放放）。写写出出核核反反应应方方程程，的的原原子子量量为为（粒粒子子）时时，释释放放出出（原原子子量量为为）衰衰变变为为（原原子子量量为为0026. 4He0287.228Th0372.232U. 3422289023592 23ppt课件
