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1、,人教版选修35,19.5 核力与结合能,宜黄一中 物理组：洪伟,质子相互间距约为1.510-15m； 质子质量为1.6710-27kg 质子带电量为1.610-19C； 万有引力常为6.6710-11 静电力常量为9109,复习巩固,20世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的电磁力（库伦斥力）是万有引力的多少倍？,核力,mp,mp,库仑力,库仑力,万有引力,万有引力,核力,质子间的库伦斥力（电磁力）是万有引力的1035- 倍,1036,是什么作用使质子在原子核内共存？这种作用力有哪些特点？人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？,原子
2、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。,核力：使核子结合在一起的强相互作用,核力存在于质子之间、中子之间及中子与质子之间，即核子之间。,核力是只在1.51015m距离内起作用的短程强相互作用力。核力在大于0.81015m时表现为引力，小于0.81015m时表现为斥力。只有相邻的核子之间才有核力作用。,一、核力与四种基本相互作用,1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。,四种相互作用,3.强相互作用：在原子核内，强力将核子
3、束缚在一起。,2.电磁力：在原子核外，电磁力使原子结合成分子，使分子结合成液体与固体。 电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小,4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，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1018m，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。能否将这四条理论统一起来呢？,一、核力与四种基本相互作用,请同学们找出元素周期表，分析随着原子序数的增大，质子数与中子数有什么关系？,二、原子核中质子与中子的比例,结论：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中
4、子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。,质子数,中子数,理想的质子数和中子数相等的稳定原子核,实际存在的原子核,原因分析：,核越大，核子间距离增大,库仑力与核力均减少，但核力减少快,增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。,若增加中子，与其它核子无库仑力，但有核力，有助于原子核稳定,核力是短程力，若超过其作用范围，增加中子，原子核也不稳定，所以原子序数越大越不稳定。,三、结合能,将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？,宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，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
5、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,结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？,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。 结合能并
6、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。,结合能的大小与什么因素有关？,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,什么是比结合能？为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？,从相对论得出，物体的能量和质量之间存在如下密切联系。,爱因斯坦的质能方程,表明：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系。,爱因斯坦的质能方程：Emc2 能量减小E=mc2,物体的质量和
7、能量有何关系？若一个物体质量减小了m，那么它的能量减小多少？,四、质量亏损,四、质量亏损,已知中子的质量mn=1.674910-27kg，质子的质量为mp=1.672610-27kg，氘核的质量mD=3.343610-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？,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； 比结合能为:E/n=E/2=1.10MeV 。,四、质量亏损,将一个质子和一个
8、中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？,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。,将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？,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。,什么是质量亏损？质量亏损表明什么？,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。,如下图，哪些原子核最稳定，为什么？,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）。,中等大小的核，核子的平均质量较小。,四、质量亏损,若要释放结合能，我们
9、可以怎么做？为什么？,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。,典例探究,四、质量亏损,ACD,典例探究,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,作业布置： 课本第82页，1 2 3 4,