人教版選修35 核力與結(jié)合能 課件 (共26張).ppt

第五節(jié)核力與結(jié)合能 原子核的組成 原子核是由質(zhì)子和中子組成的 質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子 電荷數(shù) 質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù) 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 核子數(shù) 原子核 質(zhì)子 帶正電 中子 統(tǒng)稱為核子 回顧 原子核的組成 思考 在原子核那樣狹小的空間里 帶正電的質(zhì)子為什么能夠擠在一起而不飛散 猜想 萬(wàn)有引力 回顧 原子核的半徑約為10 15m 只相當(dāng)原子半徑的萬(wàn)分之一 在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力是很大 萬(wàn)有引力太小 只有庫(kù)侖力的10 36 而通常原子核是穩(wěn)定的 于是核內(nèi)還應(yīng)有另一種力把各種核子緊緊拉在一起 此力稱為核力 核力 mp mp 庫(kù)侖力 庫(kù)侖力 萬(wàn)有引力 萬(wàn)有引力 核力 核子靠什么力結(jié)合成原子核 核力 能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力 核力具有怎樣的特點(diǎn)呢 一 核力 2 核力是短程力 約在10 15m量級(jí)時(shí)起作用 距離大于0 8 10 15m時(shí)為引力 距離為10 10 15m時(shí)核力幾乎消失 距離小于0 8 10 15m時(shí)為斥力 3 核力具有飽和性 核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力 而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用 4 核力具有電荷無(wú)關(guān)性 對(duì)給定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 核力與核子電荷無(wú)關(guān) 要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物 夸克的相互作用 1 核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用 強(qiáng)力 的一種表現(xiàn) 四種相互作用 1 萬(wàn)有引力 引力主要在宏觀和宇宙尺度上 獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷 是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動(dòng) 并且聯(lián)系著星系團(tuán) 決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來(lái) 2 電磁力 在原子核外 電磁力使電子結(jié)合成分子 使分子結(jié)合成液體與固體 電磁力和萬(wàn)有引力都是 長(zhǎng)程力 即它們可以作用到無(wú)限遠(yuǎn)的距離 四種相互作用 3 強(qiáng)相互作用 原子核內(nèi) 強(qiáng)力將核子束縛在一起 4 弱相互作用 弱相互作用是引起原子核 衰變的原因 即引起中子 質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因 弱相互作用也是短程力 比強(qiáng)力更短 10 18m 作用強(qiáng)度比電磁力小 二 原子核中質(zhì)子與中子的比例 二 原子核中質(zhì)子與中子的比例 自然界中較輕的原子核 質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對(duì)于較重的原子核 中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 為什么會(huì)這樣呢 自然界中較輕的原子核 質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對(duì)于較重的原子核 中子數(shù)大于質(zhì)數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 質(zhì)子數(shù) 中子數(shù) 理想的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的穩(wěn)定原子核 實(shí)際存在的原子核 原因分析 核越大 核子間距離增大 庫(kù)侖力與核力均減少 但核力減少快 增大到一定程度時(shí) 核力較少 不足以平衡庫(kù)侖力時(shí) 原子核會(huì)不穩(wěn)定 若增加中子 與其它核子無(wú)庫(kù)侖力 但有核力 有助于原子核穩(wěn)定 核力是短程力 若超過(guò)其作用范圍 增加中子 原子核也不穩(wěn)定 所以原子序數(shù)越大越不穩(wěn)定 二 原子核中質(zhì)子與中子的比例 由于核力的作用范圍是有限的 如果繼續(xù)增大原子核 一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒(méi)有核力的作用 這時(shí)即使再增加中子也無(wú)濟(jì)于事 這樣的核必然是不穩(wěn)定的 在宇宙演化的進(jìn)程中 各種粒子有機(jī)會(huì)進(jìn)行各種組合 但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了 只有200多種穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái) 現(xiàn)在觀察到的天然放射性元素 則正在瓦解之中 某一數(shù)值時(shí) 某一數(shù)值時(shí) 相同 模型分析宏觀模型 相距很遠(yuǎn)的兩個(gè)物體 由于萬(wàn)有引力而相互接近 運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越大 引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能最后撞在一起 動(dòng)能變成它們的內(nèi)能散失 兩個(gè)物體為了結(jié)合而失去了一些能量 如果要把它們分開(kāi) 還要重新賦予它們這份能量 微觀模型 原子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的 要把它們分開(kāi) 也需要能量 這就是原子核的結(jié)合能 類比分析 要使基態(tài)氫原子電離 也就是要從氫原子中把電子剝離 需要通過(guò)碰撞 施加電場(chǎng) 賦予光子等某種途徑讓它得到13 6ev的能量 這個(gè)能量實(shí)際上就是電子與氫原子核的結(jié)合能 不過(guò)通常把它叫做氫原子的電離能 而結(jié)合能一詞只用在原子核中 由于核子間存在著強(qiáng)大的核力 所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí) 都伴隨著巨大的能量變化 可見(jiàn) 當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量 原子核分解成核子時(shí) 要吸收同樣的能量 這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能 三 結(jié)合能 結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量 而是為把核子分開(kāi)而需要的能量 比結(jié)合能 結(jié)合能與核子數(shù)之比 稱做為比結(jié)合能 也叫平均結(jié)合能 比結(jié)合能越大 表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 原子核越穩(wěn)定 三 結(jié)合能 四 質(zhì)量虧損 1 例題 中子的質(zhì)量 1 6749 10 27kg質(zhì)子的質(zhì)量 1 6726 10 27kg中子和質(zhì)子的質(zhì)量和 3 3475 10 27kg氘核的質(zhì)量 3 3436 10 27kg質(zhì)量差 0 0039 10 27kg 四 質(zhì)量虧損 2 質(zhì)量虧損 原子分解為核子時(shí) 質(zhì)量增加 核子結(jié)合成原子核時(shí) 質(zhì)量減少 原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和 叫做質(zhì)量虧損 1 例題 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程e mc2式中c是真空中的光速 m是物體的質(zhì)量 e是物體的能量 核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損 m 正表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過(guò)程中放出了能量 e m c2 3 有關(guān)問(wèn)題的理解和注意事項(xiàng) 第一 核反應(yīng)過(guò)程中 核子結(jié)合成原子核時(shí) 新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量 質(zhì)量虧損 同時(shí)以 光子形式釋放核能 原子核分解為核子時(shí) 需要吸收一定能量 核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量 第二 核反應(yīng)過(guò)程中 質(zhì)量虧損時(shí) 核子個(gè)數(shù)不虧損 即質(zhì)量數(shù)守恒 可理解為組成原子核后 核內(nèi)每個(gè)核子仿佛 瘦了 一些 第三 質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失 而是減少的質(zhì)量 m以能量形式輻射 動(dòng)質(zhì)量 因此質(zhì)量守恒定律不被破壞 第四 公式 e m c2的單位問(wèn)題 國(guó)際單位 m用 kg c用 m s e用 j 常用單位 m用 u 原子質(zhì)量單位 1u 1 660566 10 27kg e用 uc2 1uc2 931mev 表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931mev的能量改變 p39問(wèn)題與練習(xí)3 當(dāng)然 2 19mev的能量的絕對(duì)數(shù)量并不算大 但這只是組成1個(gè)氘核所放出的能量 如果組成的是6 02 1023個(gè)氘核時(shí) 放出的能量就十分可觀了 與之相對(duì)照的是 使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393 5 103j 折合為每個(gè)碳原子在完全燃燒時(shí)放出的能量只不過(guò)4ev 若跟上述核反應(yīng)中每個(gè)原子可能放出的能量相比 兩者相差數(shù)十萬(wàn)倍 第五 核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個(gè)數(shù)量級(jí) 課堂練習(xí) 1 試證明 1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931 50mev的能量 1u 1 6606 27kg 光速c 2 9979 108m s 1ev 1