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5 核力与结合能

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高二物理人教版选修3-5第十九章 5 核力与结合能

高二物理人教版选修3-5第十九章 5 核力与结合能

2.探究讨论。 (1)原子核内有质子和中子,质子带正电,中子不带电。原子核为 什么不会在质子间库仑斥力的作用下分散为一个一个的核子呢? 答案:核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一 种比库仑力大得多的核力。
(2)较重的原子核中中子数和质子数有什么关系?如何解释?原子 核可以无限地增大吗? 答案:①较重的原子核中中子数大于质子数,而且越重的原子核, 两者相差越多。 ②由于原子核是短程力,原子核大到一定程度时,相距较远的质 子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,原子核就不稳定了。这 时,不再成对地增加质子和中子,而只增加中子,中子与其他核子没 有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定, 故较重的原子核内中子数多于质子数。 ③稳定的重原子核里,中子数要比质子数多,由于核力作用范围 有限,以及核力的饱和性,如果继续增大原子核,一些核子间距离会 大到其间根本没有核力作用,这时即使再增加中子,形成的核也一 定是不稳定的,所以原子核不能无限地增大。
能量为
MeV。
解析:聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E1=(1.09×2+2.78×3) MeV=10.52 MeV。 反应后生成的氦核的结合能 E2=7.03×4 MeV=28.12 MeV。 由于单个核子无结合能,所以聚变过程释放出的能量为 ΔE=E2-E1=(28.12-10.52) MeV=17.6 MeV。质的理解 爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和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。对于质量亏损,不能 理解为质量变成了能量,质能方程的本质是: (1)质量或能量是物质的属性之一,绝不能把物质和它们的某一属 性(质量和能量)等同起来。 (2)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,这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒,质量和 能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化。 (3)质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论, 辐射出的γ光子静质量虽然为零,但它有动质量,而且这个动质量刚 好等于亏损的质量,所以质量守恒、能量守恒仍成立。

19.5 核力与结合能 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (5)

19.5 核力与结合能 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (5)

5 核力与结合能三维教学目标1、知识与技能（1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；（2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；（3）理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；（4）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

2、过程与方法（1）会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；（2）培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。

3、情感、态度与价值观（1）使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；（2）认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。

教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。

教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

教学过程：（一）引入新课氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?（两者相差1036倍）在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。

（二）进行新课1、核力与四种基本相互作用20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。

在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。

电磁力大约要比万有引力强1036倍。

基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。

核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。

5.核力与结合能

5.核力与结合能
当然，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大， 但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果 组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量 就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的 碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折 合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只 不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能 放出的能量相比，两者相差数十万倍．
库仑力
mp
核力
万有 引力
通常原子核是稳定的,于是核内还
应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力。
万有 引力
核力
mp
库仑力
一、核力：
1、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．
核力具有怎样的特点呢？
2、核力特点：
（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原 子的尺度内，核力比库仑力大得多。 （ 2 ）核力是短程力。约在 10-15m 量级时起作用， 距离大于 0.8×10-15m 时为引力 , 距离为 1.5×10-15m 时核 力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力。 （3）核力具有饱和性。核子只跟相邻的核子发生
由于核力的作用范围是有限的，如果继 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 子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。 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，只有200多种稳定的原子核长久地 留了下来。现在观察到的天然放射性元素， 则正在瓦解之中。
原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子 的总质量大于原子核的质量. （2）核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质 量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛 “瘦了”一些. （3)质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能 量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.

高中物理第十九章原子核5核力与结合能教材梳理素材新人教版选修3-5

高中物理第十九章原子核5核力与结合能教材梳理素材新人教版选修3-5

5 核力与结合能疱丁巧解牛知识·巧学一、核力与四种基本相互作用1.核力：组成原子核的每个核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力.2.核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质：(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多. 深化升华 因为核子间存在核力，所以原子核内蕴藏着巨大的能量.(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m 之内,核力在大于0.8×10-15m 时表现为吸引力,且随距离增大而减小,超过1.5×10-15m,核力急剧下降几乎消失;而在距离小于0.8×10-15m 时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起.(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性.深化升华 核力与电荷无关.在原子核中，质子与质子，中子与中子，中子与质子间的核力相同.(4)在原子核内，除核力外还存在一种弱力，弱力是引起原子核发生β衰变的原因，即引起中子——质子转变的原因，弱力也是短程力，其力程比强力更短，为10-18 m ，作用强度比静电力还小.深化升华 四种基本相互作用：万有引力，电磁力，强相互作用，弱相互作用.二、原子核中质子与中子的比例原子核越大，有些核子间的距离越来越远，随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，而核力减小得更快，所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们的库仑力，这个原子核就不稳定了，这时，如果不再成对地增加质子和中子，而是只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维持原子核的稳定.由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多.由于核力的作用范围是有限的，以及核力和饱和性，如果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1.结合能由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能量.我们把这个能量叫做结合能.联想发散 结合能越大，将原子核拆散开需要的能量越多，说明原子核越稳定. 例如，用光子照射氘核(H 21)，只有当光子的能量等于或大于2.2 MeV 时,才能使它分解为质子和中子,核反应方程为:γ+H 21→H 11+n 10.反过来，使一个质子和一个中子结合成氘核，会放出2.2 MeV 的能量.因此，氘核结合能为2.2 MeV.深化升华 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.2.比结合能(平均结合能)原子核的结合能与其核子数之比，称做平均结合能.联想发散 由平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就可释放核能.3.平均结合能与原子核的稳定性(1)平均结合能的大小能够反映核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定.(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定.(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时就可释放核能，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.深化升华 核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小.中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定.四、质量亏损1.质量亏损组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差，叫做核的质量亏损.2.质能方程原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系是：E=mc 2(或ΔE=Δmc 2)这就是著名的爱因斯坦质能方程，因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损Δm ，再代入质能方程求出核能.学法一得 结合能的计算：在计算核能时，可用通过先计算质量亏损Δｍ，再由ΔE=Δｍc2计算求得核能.(1)核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物的质量差用质能方程计算，(2)核反应中能量的吸收，与核力的作用有关.当核子结合成原子核时，核力要做功，所以放出能量.原子核分裂为核子时，要克服核力做功，所以要从外界吸收能量.误区警示 爱因斯坦的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转变关系，对质量亏损，切忌不能误解为这部分质量转变成了能量，质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；第三，质量亏损不是否定了质量守恒定律.根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于质量的亏损，所以质量和能量守恒仍成立.典题·热题知识点一 结合能和平均结合能例1 在一次核反应中U 23592变成Xe 13654和Sr 9038时，要释放出若干中子.U 23592的平均结合能约为7.6 MeV ，Xe 13654的平均结合能约为8.4 MeV,Sr 9038的平均结合能约为8.7 MeV ，求：(1)把U 23592分解为核子时，要吸收多少能量？(2)使相应的核子分别结合成Xe 13654和Sr 9038时，要释放出多少能量？(3)在这个核反应中是吸收还是放出能量？这个能量大约是多少？解析：将原子核分解为核子时要吸收能量，将核子结合成原子核时要释放出能量，利用结合能和平均结合能的关系求解.(1)把U 23592分解为核子时要吸收的能量为E 1=235×7.6 MeV=1 786 MeV(2)核子结合成Xe 13654释放出的能量为E 2=136×8.4 MeV=1 142.4 MeV核子结合成Sr 9038释放出的能量为E 3=90×8.7 MeV=783 MeV(3)在这个核反应中放出的能量为E′=E 2+E 3=1 925.4 MeV由于E′＞E 1，所以这个核反应放出能量，放出的能量为ΔE=E′-E 1=139.4 MeV巧解提示 在微观领域对核能计算中有时用国际单位比较麻烦，习惯上常用“原子”质量单位(u)和“电子伏特(eV)”作为质量和能量单位，且1 u 相当于931.5 MeV.知识点二 质量亏损和质能方程例2 关于质能方程，下列说法正确的是( )A.质量减少，能量就会增加，在一定的条件下质量转化为能量B.物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C.物体有一定的质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系解析：质能方程E=mc 2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定的能量，并可根据ΔE=Δmc 2进行计算，所以选项B 、D 正确.答案：BD方法归纳 准确理解爱因斯坦的质能方程是解答本题的关键.例3 2个质子和1个中子结合可以生成氦3，反应方程式为：2H 11+n 10→He 32，已知每个质子的质量为1.007 277 u ，中子的质量为1.008 665 u ，氦3的质量为3.002 315 u ，试求氦3的结合能.解析：求出过程中的质量亏损，再由爱因斯坦的质能方程或原子质量单位与能量的关系即可求解.粒子结合前后的质量亏损为Δm=2m H +m n +m α=2×1.007 277 u+1.008 665 u -3.002 315 u=0.020 904 u由爱因斯坦质能方程得，结合能为E=Δmc 2=0.020 904×1.660 6×10-27×(2.997 9×108)2J=3.12×10-12J巧解提示 由于1u 相当于931.5MeV,则结合能为E=0.020 904×931.5 MeV=19.47 MeV例4 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853 131×10-25kg ，钍核的质量为3.786 567×10-25kg ，α粒子的质量为6.646 72×10-27kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_____________________J(保留两位有效数字).解析：反应前后质量发生改变，由ΔE=Δmc 2可解得.衰变前后质量变化为Δm=m U -m Th -m α=3.853 131×10-25kg-3.786 567×10-25kg-6.646 72×10-27kg=9.7×10-30kg衰变过程中释放的能量为ΔE=Δmc 2=9.7×10-30×(3×108)2J=8.7×10-13J。

高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能课件5高中选修35物理课件

高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能课件5高中选修35物理课件
第三十一页，共五十页。
警示 质量不是能量，能量也不是质量，质量不能转化为能量，能量也 不能转化为质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种 量度．
第三十二页，共五十页。
题型 1 对质点方程的理解 【例 3】 (多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将 2005 年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程 E＝mc2， 下列说法中正确的是( ) A．E＝mc2 表明物体具有的能量与其质量成正比 B．根据 ΔE＝Δmc2 可以计算核反应中释放的核能 C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过 程中出现了质量亏损 D．E＝mc2 中的 E 是发生核反应时释放的核能
第十九页，共五十页。
变式训练 2 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，如果继 续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
解析：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重 的原子核，中子数大于质子数．越重的元素，两者相差越多，原子核也就 越不稳定．因此正确答案选 D.
第八页，共五十页。
(6)质量亏损就是核子的个数变少了．( × ) (7)一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程 中出现了质量亏损．( √ ) (8)E＝mc2 表明物体具有的能量与其质量成正比．( √ ) (9)E＝mc2 中的 E 是发生核反应时释放的核能．( × ) (10)根据 ΔE＝Δmc2 可以计算核反应中释放的核能．( √ )
第六页，共五十页。
2．质量亏损 (1)爱因斯坦质能方程_E_＝__m_c_2__． (2)质量亏损：原子核的质量__小__于____组成它的核子的质量之和的 现象． (3)核子在结合成原子核时出现的质量亏损 Δm，与它们在互相结 合过程中放出的能量 ΔE 的关系是Δ__E_＝__m_c_2_． 3．比结合能应用前景 (1)中等大小的核的比结合能___最__大___，这些核最稳定． (2)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，都将___释__放___新的结合能．

同步练习：19_5核力与结合能

同步练习：19_5核力与结合能

第5课核力与结合能备作业一、单选1．关于核力的说法正确的是( )A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内D．核力与电荷有关【解析】核力是短程力，超过1.5×10－15m．核力急剧下降几乎消失，故C对．核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对．核力与电荷无关，故D错．【答案】 C2.关于原子核的结合能与平均结合能,下列说法中不正确的是( )A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时,核力做的功B.原子核的结合能等于核子从原子核中分离,外力克服核力做的功C.比结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D.不同原子核的比结合能不同,重核的比结合能比轻核的比结合能大答案：D 重核的比结合能比中等质量核的比结合能要小,轻核的比结合能也比中等质量核的比结合能要小,但重核的比结合能不一定比轻核的比结合能大,故D错误。

3．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，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在【解析】由稳定核的质子数与中子数的关系图象可知，质量越大的原子核内中子数越多于质子数．A、B错误；放射现象说明原子核也会发生变化，C错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，D正确．【答案】 D4.如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象。

下列说法正确的是( )A.若D、E能结合成F,结合过程一定要释放能量B.若D、E能结合成F,结合过程一定要吸收能量C.若C、B能结合成A,结合过程一定要释放能量D.若F、C能结合成B,结合过程一定要释放能量答案：A 由题图知,D、E的平均核子质量大于F的平均核子质量,D、E结合成F时,出现质量亏损,要释放能量,A对,B错;C、B结合成A和F、C结合成B都是质量增加,结合过程要吸收能量,C、D错。

5-核力与结合能


E = [ 2（mn+mP) m c2
上题中，若是一种粒子分解成核子，是释放能量 还是吸收能量？释放（或吸收）旳能量体现式怎样？
吸收能量，吸收旳能量体现式为：
E = [ 2（mn+mP) m c2
例题1、29328 U（原子量为232.0372）衰变为23940Th
（原子量为228.0287）时，释放出粒子
（
4 2
He
旳原子量为4.0026）。写出衰变方程，
而且计算衰变过程中释放旳能量。
解：衰变方程
238 92
U23940Th
4 2
He
衰变后旳质量亏损
m=232.0372u(222.0287u+4.0026u)= 0.0059u
1uc2=931MeV (表达1u 旳质量变化相当于931MeV旳能量变化)
⑤核反应中释放或吸收旳能量比化学反应中释放或吸 收旳能量大好几种数量级。
如例题，2.19MeV旳能量旳绝对数量并不算大， 但这只是构成1个氘核所放出旳能量。假如构成旳是 6.02×1023个氘核时，放出旳能量就十分可观了。与 之相对照旳是，使1摩尔旳碳完全燃烧放出旳能量为 393.5×103J。折合为每个碳原子在完全燃烧时放出旳 能量只但是4eV。若跟上述核反应中每个核子放出旳 能量（比结合能）相比，两者相差数十万倍。
释放旳能量
E mc 2 = 0.0059931.5MeV=5.5MeV
例题2、原来静止旳原子核
a b
X衰变后
放出粒子旳动能为Ek ，假设衰变时
产生旳能量全部以动能旳形式释放出来，
求原子核
a b
X
衰变前后旳质量亏损。
m
aEk
(a 4)c 2

高中物理第十九章原子核5核力与结合能课件新人教版选修3_5


(3)核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核 力作用．
3．四种基本相互作用力． 弱力、强力、电磁力、万有引力分别在不同的尺度 上发挥作用： (1)弱力(弱相互作用)：弱相互作用是引起原子核 β 衰 变的原因，属于短程力； (2)强力(强相互作用)：在原子核内，强力将核子束缚 在一起，属于短程力；
2．对质能方程 E＝mv2 本质的理解． 爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和核能这两种 现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关 系．对于质量亏损，不能理解为质量变成了能量，质能 方程的本质是： (1)质量或能量是物质的属性之一，绝不能把物质和 它们的某一属性(质量和能量)等同起来．
(2)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，这两个量分别遵守质量 守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系绝不等于 这两个量可以相互转化．
(1)写出衰变方程； (2)求出反冲核的速度； (3)求出这一衰变过程中亏损的质量．
解析：(1)由已知得28262Rn→28148Po＋42He. (2)设反冲核的速度为 v， 由动量守恒可知：mv0＝Mv，即 v＝mMv0. (3)由质能方程可知 ΔE＝Δmc2＝12mv20＋12Mv2＝m（M2M＋m）vc02. 答案：见解析
释放的能量并非由质量转化而来，故 C 错，算结合能
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，在题给条件中没有涉及 质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的 新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守 恒可以计算出结合能的变化．
2．(多选)为了纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献， 联合国将 2005 年定为“国际物理年”，对于爱因斯坦提 出的质能方程 E＝mc2，下列说法中正确的是( )

高中物理-第19章 原子核 5 核力与结合能课件 新人教版选修3-5

(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核,比结合能都比较小,
表示原子核不太稳定;中等核子数的原子核,比结合能较大,表示原
子核较稳定。
(3)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轻核结合成一个核子数大一些的
能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能。
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
探究一
探究二
问题导引
名师精讲
典例剖析
【例题2】 已知氮核质量mN=14.007 53 u,氧核质量 mO=17.004
54 u,氦核质量mHe=4.003 87 u,质子质量mH=1.008 15 u,试判断核反
4
17
的质量为 2.013 6
的质量为 1.008 7
u,u 为质量单位。则下列说法中正确的是(
)
A.X 是质子,该反应释放能量
B.X 是中子,该反应释放能量
C.X 是质子,该反应吸收能量
D.X 是中子,该反应吸收能量
解析:由题目所给核反应方程式,根据核反应过程中质量数、电
2
荷数守恒规律,可得 1 H+13 H→42 He+10 n,X 为中子,在该反应发生前,反
反应前总质量为mN+m He=18.011 40 u,
反应后总质量为mO+mH=18.012 69 u。
因为反应中质量增加,所以此反应为吸能反应,所吸收的能量为
ΔE=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV=1.2 MeV。
答案:吸能反应 1.2 MeV

高中物理第十九章5核力与结合能课件选修35高二选修35物理课件

(3)再根据E=NE0求出总能量。
12/12/2021
类型一
类型二
【例题1】 (多选)关于质能方程,下列说法正确的是(
)
A.质量减少,能量就会增加,在一定条件下质量转化为能量
B.物体获得一定的能量,它的质量也相应地增加一定值
C.物体一定有质量,但不一定有能量,所以质能方程仅是某种特殊
条件下的数量关系
0.8×10-15 m时表现为吸引力,且随距离的增大而减小,超过1.5×10-15
m时,核力急剧下降几乎消失;而在距离小于0.8×10-15 m时,核力表
现为斥力,因此核子不会融合在一起。
3.每个核子只跟邻近的核子发生核力作用,这种性质称为核力的
饱和性。
4.引起原子核β衰变的原因是弱相互作用,该作用也是短程力,其
5.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,在题给条件中没有涉及质量亏损,或者核反应所
释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况
下,从动量和能量守恒可以计算出核能的变化。
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一
二
6.应用阿伏加德罗常数计算核能。
Δ
的大小可以用 得到。
(1)比结合能的大小反映核的稳定程度,比结合能越大,原子核就
越难拆开,表示原子核越稳定。
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核,比结合能都比较小,
中等核子数的原子核比结合能较大。
(3)比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时要释
放能量。
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一
二
止质量的减少,并不是这部分质量消失了或转变为能量。
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二、四种相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“ 1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领 万有引力 风骚” 是引力使行星绕恒星转动， 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。 系团，决定了宇宙的现状和未来。 2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子， 2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子， 电磁力 使分子结合成液体与固体。 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 电磁力和万有引力都是“长程力” 作用到无限远的距离，距离越远，力就越小。 作用到无限远的距离，距离越远，力就越小。 3.强相互作用：在原子核内， 3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在 强相互作用 一起。 一起。 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β 弱相互作用 即引起中子－质子转变的原因。 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， 短程力，其力程比强力更短，为10−18m，作用强度则 ， 比电磁力小。 比电磁力小。
五、质量亏损
1 0
n +1 H → 2 H + γ 1 1
中子的质量 =1.6749×10−27Kg ；质子的质量 = 1.6726×10−27Kg ； × × 氘核的质量 = 3.3436×10−27Kg 。 × 中子和质子的质量和 = 3.3475×10−27Kg × 质量差 = 0.0039×10−27Kg ×
六、比结合能
·原子核越大，它的结合能越高。因此，有意义的是 原子核越大，它的结合能越高。因此， 它的结合能与核子数之比，称作比结合能 也叫平均 比结合能， 它的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均 结合能。比结合能越大， 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。 牢固，原子核越稳定。
∆m =
a
( a − 4) c 2
练习、已知一个中子的质量为 练习、已知一个中子的质量为mn，一个质子的 质量为m 一个α粒子的质量为m 质量为 P ，一个α粒子的质量为 α，求由质子 和中子结合成一个α粒子时所释放的能量。 和中子结合成一个α粒子时所释放的能量。 ∆E = [ 2（mn+mP) −mα ] c2 上题中，若是一个α粒子分解成核子， 上题中，若是一个α粒子分解成核子，是释放能量 还是吸收能量？释放（或吸收）的能量表达式如何？ 还是吸收能量？释放（或吸收）的能量表达式如何？ 吸收能量，吸收的能量表达式为 吸收的能量表达式为： 吸收能量 吸收的能量表达式为：
由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合 由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合 成原子核或原子核分解为核子时， 分解为核子时 成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的 能量变化。 能量变化。 1 1 2
0
n +1 H → 1 H + γ
1 0 1 1
2 1
H + γ→ n + H
·当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子 当核子结合成原子核时要放出一定能量； 核分解成核子时，要吸收同样的能量。 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。 叫做原子核的结合能。 ·结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 能 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的 由于核子结合成原子核而 而是核子结合成原子核时所放出的能量， 核子结合成原子核时所放出的能量 量，而是核子结合成原子核时所放出的能量， 或 是把核子分开时所需要的能量 需要的能量。 是把核子分开时所需要的能量。
5 核力与结合能
原子核
质子（带正电） 质子（带正电） 不带电) 中子 (不带电)
思考：在原子核那样狭小的空间里， 思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的 质子为什么能够挤在一起而不散开？ 质子为什么能够挤在一起而不散开？ 猜想：万有引力？ 猜想：万有引力？ 理论验证：质子间距数量级为10 理论验证：质子间距数量级为 -15m；质子质量数量级 ； 为10-27kg；质子电量数量级为 -19kg；万有引力常量数 ；质子电量数量级为10 ； 量级为10 静电力常量数量级10 量级为 -11；静电力常量数量级 9。 结论： 万有引力太小， 只有库仑力的10 结论 ： 万有引力太小 ， 只有库仑力的 -35 到 10-36 倍之间 。万有引力无法抗衡库仑力。 万有引力无法抗衡库仑力。 猜想：有第三种力存在， 猜想：有第三种力存在，是这种力把核子紧紧地束缚 在核内，形成稳定的原子核。 在核内，形成稳定的原子核。
三、原子核中质子与中子的比例
·自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致 自然界中较轻的原子核， 相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数， 相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数， 越重的元素，两者相差越多。 中 越重的元素，两者相差越多。 子 原因分析： 原因分析： 数
·核越大，有些核子间的距离增大， 核越大，有些核子间的距离增大， 库仑力与核力均减少， 库仑力与核力均减少，但核力减少 实际存在的 得更快。当核子间距离增大到一定 得更快。 原子核 程度时， 程度时，相距较远的质子间的核力 不足以平衡库仑斥力， 不足以平衡库仑斥力，原子核就会 不稳定。若只增加中子， 不稳定。若只增加中子，中子与其 理想的质子数 它核子无库仑斥力， 它核子无库仑斥力，但有相互吸引 和中子数相等 的核力，有助于维系原子核的稳定。 的核力，有助于维系原子核的稳定。 的稳定原子核 所以稳定的重原子核里， 所以稳定的重原子核里，中子数要 比质子数多。 质子数 比质子数多。
Th 例题1、 例题 、 原子量为228.0287）时，释放出α粒子 释放出α （原子量为 ） 4 的原子量为4.0026）。写出衰变方程， ）。写出衰变方程 （ 2 He 的原子量为 ）。写出衰变方程， 并且计算衰变过程中释放的能量。 并且计算衰变过程中释放的能量。
238 92
234 原子量为232.0372）衰变为 90 U（原子量为 ）
⑤核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸 收的能量大好几个数量级。 收的能量大好几个数量级。 如例题， 的能量的绝对数量并不算大， 如例题，2.19MeV的能量的绝对数量并不算大， 的能量的绝对数量并不算大 但这只是组成1个氘核所放出的能量 个氘核所放出的能量。 但这只是组成 个氘核所放出的能量。如果组成的是 6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了。与 个氘核时，放出的能量就十分可观了。 × 之相对照的是， 之相对照的是，使1摩尔的碳完全燃烧放出的能量为 摩尔的碳完全燃烧放出的能量为 393.5×103J。折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的 × 。 能量只不过4eV。若跟上述核反应中每个核子放出的 能量只不过 。 能量（比结合能）相比，两者相差数十万倍。 能量（比结合能）相比，两者相差数十万倍。
∆E = [ 2（mn+mP) −mα ] c2
解：衰变方程
238 92
U→
234 90
Th + He
4 2
衰变后的质量亏损 ∆m =232.0372u−(222.0287u+4.0026u)= 0.0059u 释放的能量
∆E = ∆mc = 0.0059×931.5MeV=5.5MeV
2
例题2、 例题 、原来静止的原子核 b X 衰变后 放出α 放出α粒子的动能为E k ，假设衰变时 产生的能量全部以动能的形式释放出来， 产生的能量全部以动能的形式释放出来， a aE k 衰变前后的质量亏损。 求原子核 b X 衰变前后的质量亏损。
·中等大小的核的 比结合能最大（ 比结合能最大（平 均每个核子的质量 亏损最大）。 亏损最大）。
有关问题的理解和注意事项 核子结合成原子核时, ①核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量 质量亏损),同时以γ光子形式释放核能； ),同时以 (质量亏损),同时以γ光子形式释放核能；原子核分 解为核子时,需要吸收一定能量, 解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于 原原子核的质量。 原原子核的质量。 核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损( ②核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质 量数守恒),可理解为组成原子核后, ),可理解为组成原子核后 量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿 瘦了”一些。 佛“瘦了”一些。 质量亏损并非∆m以能量 形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏。 ),因此质量守恒定律不被破坏 形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏。不 能说成质量转变成了能量。 能说成质量转变成了能量。 公式∆E=∆m⋅c2 的单位问题 ④公式 ⋅ 1u=1.660566×10-27kg ；∆E用“uc2” × 用 1uc2=931MeV 表示1u 的质量变化相当于931MeV的能量改变) 的能量改变) (表示 的质量变化相当于 的能量改变
一、核力
·能够把原子核中的各种核子联系在一起的强大 的力，叫做核力 核力。 的力，叫做核力。 1. 核 力 是 四 种 相 互 作 用 中 的 强 相 互 作 用 的 一 种 . 表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。 表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。 特 点 2. 核力是短程力 。 约在 -15m量级时起作用 ， 距离 核力是短程力。 约在10 量级时起作用， 量级时起作用 大于0.8× 时为引力； 大于 ×10-15m时为引力 ； 距离小于 ×10-15m时 时为引力 距离小于0.8× 时 为斥力，因此核子不会融合在一起；距离为10× 为斥力 ， 因此核子不会融合在一起 ； 距离为 ×1015m时核力几乎消失。 时核力几乎消失。 时核力几乎消失 3. 核力具有饱和性，即每个核子只跟相邻的核子 核力具有饱和性， 发生核力作用。 发生核力作用。 4. 核 力 中子、 中子、中子 ， ， 在于 子、 子、中子 。 子、 子 ，
·爱因斯坦的质能方程：E＝mc2 爱因斯坦的质能方程： ·核子在结合成原子核时出现的质量亏损∆m，表明核 核子在结合成原子核时出现的质量亏损 ， 子在互相结合过程中放出了能量： 子在互相结合过程中放出了能量：∆E=∆m·c2 ·质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。 质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。