1、【高考冲刺】优质课全国特级教师 江新欢 博士教授 核力与结合能核力与结合能Click to add Title1Click to add Title2Click to add Title3Click to add Title4核力与四种基本相互作用核力与四种基本相互作用原子核中质子和中子的比例原子核中质子和中子的比例结合能结合能质量亏损质量亏损一、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，两质子间的质子间的电磁力是万有引力的1035倍一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用这种作用力有哪些特点？人们对这
2、种相互作用的认识还有哪些有待完善？原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。猜想：有第三种力-核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用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1010-15m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
3、）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）小于0.810-15m时核力的变化规律还不清楚。一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用 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
4、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。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
5、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：叫做简单才是美。能否将这四条理论统一起来呢？统一起来呢？一、核力与四种基本相互作用一、核力
6、与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用一、核力与四种基本相互作用典例探究典例探究例1（A级）.从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和不同之处（1）它们分别涉及四种基本相互作用的哪一种？（2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？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。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
7、）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，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。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。三、结合能三、结合能宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近
8、，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。微观模型：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。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 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
9、子核的结合能。结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大。三、结合能三、结合能四、质量亏损四、质量亏损 爱因斯坦的质能方程：Emc2，能量减小E=mc2四、质量亏损四、质量亏损质量减小量:m=(mp+mn)-mD=0.003910-27kg；能量减小量:E=m c2=3.5110-13J=2.19106eV；结合能:E=m c2=2.19MeV；比结合能
10、为:E/n=E/2=1.10MeV。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。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）。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。典
11、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 ,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 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
