1、5核力与结合能,第十九章原子核,学科素养与目标要求,1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用. 2.了解结合能和比结合能的概念. 3.知道质量亏损的概念.,物理观念：,1.会利用比结合能判断原子核的稳定性. 2.会应用质能方程进行相关的计算.,科学思维：,自主预习,01,1.核力：原子核里的 间存在着相互作用的核力， 把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核. 2.核力特点 (1)核力是核子间的 的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力 . (2)核力是 ，作用范围在 之内.核力在大于0.81015 m时表现为 ，超过1.51015 m时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.81015
2、m时，核力表现为 . (3)每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 . (4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用.,核力与四种基本相互作用,一,核子,核力,强相互作用,大得多,短程力,吸引力,斥力,1.51015 m,邻近,饱和性,3.四种基本相互作用,更短,电磁力,万有引力,1.较轻原子核：质子数和中子数 . 2.较重原子核：中子数 质子数，越重的原子核两者 .,原子核中质子与中子的比例,二,大于,大致相等,相差越多,1.结合能 原子核是 凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要 ，这就是原子核的结合能. 2.比结合能 原子核
3、的结合能与 之比，称做比结合能，也叫 结合能.比结合能越大，原子核中核子结合得越 ，原子核越 . 的核的比结合能最大，最稳定. 3.质能方程 物体的能量与它的质量的关系是：E . 4.质量亏损 原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象.,结合能与质量亏损,三,能量,核子,核子数,平均,牢固,稳定,中等大小,mc2,小于,1.判断下列说法的正误. (1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡.() (2)弱相互作用是引起原子核衰变的原因.() (3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量.() (4)比结合能越大，原子核越稳定.() (5)质能方程Emc2表明了质量与能量间的一
4、种对应关系.(),即学即用,2.已知粒子 是由2个质子、2个中子组成的，取质子的质量mp1.672 61027 kg，中子的质量mn1.674 91027 kg，粒子的质量m6.646 71027 kg，光速c3.0108 m/s.则粒子的结合能为_.(结果保留两位有效数字),解析组成粒子的核子与粒子的质量差 m(2mp2mn)m 粒子的结合能Emc2 代入数据得E4.31012 J.,4.31012 J,重点探究,02,1.结合能和比结合能的理解 (1)结合能是指核子结合成原子核放出的能量，也等于将原子核的核子分开时需要的能量. (2)比结合能相对于结合能更有意义，它反映了原子核结合的稳定程
5、度或分裂的难易程度. 2.质量亏损m的理解 所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了.反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给.,结合能、质量亏损、质能方程的理解,一,3.质能方程Emc2的理解 (1)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Emc2. (2)运用质能方程时应注意单位.一般情况下，公式中各量都应取国际制单位.但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1
6、u对应于931.5 MeV.,例1下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是 A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B.比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大 C.重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大,解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误； 比结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C选项错误； 中等质量原子核的比结合能比轻核的大，核子数又比轻核多，因此它的结
7、合能也比轻核大，D选项正确.,总结提升,1.核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大. 2.比结合能越大表明原子核越稳定.一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大.,针对训练1(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是 A.自然界中一切原子核均具有结合能 B.自由核子结合为原子核时，可能吸收能量 C.结合能越大的原子核越稳定 D.比结合能越大的原子核越稳定,解析由自由核子结合成原子核的过程中，释放出能量，反之，将原子核分开变为自由核子需要吸收能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误； 核子较多的原子核的结合
8、能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确.,例2下列有关质能方程的说法中，正确的是 A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 B.由Emc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴 藏的能量的量度 C.核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量 D.因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、系统的总能 量和总质量并不守恒,解析Emc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确； 核反应中发生的“质
9、量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项错误； 在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误.,总结提升,爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系.以下几点要明确： (1)物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量. (2)质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少. (3)在核反应中仍然遵守质量守恒和能量守恒定律. (4)质量只是
10、物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.,1.根据质量亏损计算 (1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损m. (2)根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能.其中m的单位是千克，E的单位是焦耳. 2.利用原子质量单位u和电子伏特计算 (1)明确原子质量单位u和电子伏特之间的关系 1 u1.660 51027 kg,1 eV1.602 1771019 J 由Emc2得,核能的计算方法,二,(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV， 即Em931.5 MeV. 其中m的单位是u，E的单位是MeV.
11、3.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.,例3一个锂核 受到一个质子的轰击，变成两个粒子.已知质子的质量是1.672 6 1027 kg，锂核的质量是11.650 51027 kg，氦核的质量是6.646 61027 kg，光速c3108 m/s. (1)写出上述核反应的方程；,(2)计算上述核反应释放出的能量.,答案2.6911012 J,解析核反应的质量亏损mmLimp2m (11.650 510271.672 6102726.646 61027) kg 2.991029 kg 释
12、放的能量Emc22.991029(3108)2 J2.6911012 J.,A.NAmc2 B.2NAmc2,解析根据爱因斯坦的质能方程，一个氘核和一个氚核结合成一个氦核并放出一个中子释放的能量为mc2,1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反应，释放的能量为上述反应的NA倍，即NAmc2，故A正确，B、C、D错误.,达标检测,03,1,2,3,4,解析核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围在1.51015 m，原子核的半径数量级在1015 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.,1.(核力的特点)(多选)关于核力
13、，下列说法中正确的是 A.核力是一种特殊的万有引力 B.原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没 有核力作用 C.核力是原子核稳定存在的原因 D.核力是一种短程强力作用,1,2,3,4,2.(原子核中质子与中子的比例关系)关于原子核中质子和中子的说法，正确的是 A.原子核中质子数和中子数一定相等 B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C.原子核都是非常稳定的 D.由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而 仍稳定存在,解析原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数较大的原子核中，中子数比质子数多，且重核和轻核都没有中等质量
14、原子核稳定，故A、B、C错. 又由核力是短程力及核力的饱和性的特点，可知原子核不可能无节制地增大，故D正确.,3.(对结合能和比结合能的理解)(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是 A.原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核 的结合能 C. D.比结合能越大，原子核越不稳定,解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确； 一重原子核衰变成粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确； 核子数越多，结合能越大，选项C正确； 比结合能也
15、叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误.,1,2,3,4,4.(质量亏损和核能的计算) 的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量为1.008 665 u.求：(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量，普朗克常量h6.631034 Js，结果保留三位有效数字) (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收能量还是放出能量？该能量为多少？,答案见解析,1,2,3,4,解析一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程式是 ，反应前各核子总质量为 mp2mn(1.007 27721.008 665) u3.024 607 u， 反应后新核的质量为mH3.016 050 u， 质量亏损为m(3.024 6073.016 050) u0.008 557 u. 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量. 释放的核能为E0.008 557931.5 MeV7.97 MeV.,(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？,(3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？,答案见解析,1,2,3,4,答案见解析,