人教版选修3-5第十九章 原子核 19.5 核力与结合能——高二物理教学课件

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. 第5节核力与结合能

1．原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把原子核内核子分开所需要的能量叫结合能。

2．结合能与核子数之比叫比结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。

一、核力与四种基本相互作用

1．核力

(1)定义：原子核里的核子间的相互作用力。

(2)作用：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。

2．核力的特点

(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。

(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内。核力在大于0.8×10－15 m，小于1.5×10－15 m的范围内表现为吸引力，在小于0.8×10－15 m时表现为斥力。

(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。

3．第四种相互作用

核物理学家在原子核内发现了自然界的第四种相互作用——弱相互作用，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。该作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度比电磁力小。

4．四种基本相互作用 .

. 四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用，在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。

二、原子核中质子与中子的比例

1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等。

2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多。

三、结合能与质量亏损

1．结合能

原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。

2．比结合能

原子核的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。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。

3．质能方程

物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。

4．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。

高二物理高效课堂资料

山东省昌乐一中2017级

高二物理翻转课堂课时学案

课

题 19.5核力与结合能 编制人 刘海龙

审核人 曹建民

目标导学 学 习 目 标

了解核力的概念，知道原子核中质子和中子的比例关系；

了解爱因斯坦的质能方程，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。

重点

难点 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解；结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。

问题记录 自 学 质 疑 学 案

2 班级 小组 姓名 使用时间 年 月 日 编号

第 1 页

学 案 内 容 问题记录

拓展：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？

一、核力

问题1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=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?

核力特点：

【例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

【例2】下列关于对核力的认识，正确的是( )

A．核力是强相互作用的一种表现，比库仑力大得多

B．核力存在于质子和中子、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力

C．核力是核子间相互吸引的力，是短程力

D．核力只存在于相邻的核子之间，具有饱和性

二、重核与轻核

思考：1.随着原子序数的增加，稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系？

2.为什么随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数？

重核：____________________________________________________________________

- 1 - 核聚变 粒子和宇宙

核聚变

[探新知·基础练]

1．核聚变

(1)定义：

两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。

(2)发生条件：

轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。

(3)实例：

①热核反应主要应用在核武器上，如氢弹；

②热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反射堆；

③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。

2．受控热核反应

(1)聚变与裂变相比有很多优点： - 2 - ①轻核聚变产能效率高；

②地球上聚变燃料的储量丰富；

③轻核聚变更为安全、清洁。

(2)实现核聚变的方法：

①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温；

②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。(×)

2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。(×)

[释疑难·对点练]

1．从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。

例如：21H＋31H→10n＋42He＋17.6 MeV。

2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。

3．特点

(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。

(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。

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- 1 - / 11 第6节核裂变

1.核裂变：重核分裂为质量较小的核，释放出核能的反应。

2．链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程。

3．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积，或裂变物质的质量大于临界质量。

一、核裂变

1．核裂变

重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程。

2．铀核裂变

用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n。

3．链式反应

当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种反应叫核裂变的链式反应。

4．临界体积和临界质量

把裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫作它的临界体积，相应的质量叫作临界质量。

5．链式反应的条件

发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量。

二、核电站

1．核能释放的控制

通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为核反应堆。

2．慢化剂

反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在铀棒周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和普通水。 word

- 2 - / 11 3．控制棒

为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时，可将其插入深一些，多吸收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，这种镉棒叫做控制棒。

4．能量输出

核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电。

5．核能发电的效益

(1)一座百万千瓦级的核电站，每年只消耗30吨左右的浓缩铀，而同样功率的火电站，每年要烧煤250万吨。

(2)核电技术已经成熟，在经济效益方面也跟火力发电不相上下。

(3)作为核燃料的铀、钍等在地球上的可采储量所能提供的能量，比煤、石油等所提供的能量大15倍左右，核电对环境的污染比火电小。