高中物理選修3-5第1節(jié)核力與核能

第1節(jié)核力與核能氦原子核中有兩個質(zhì)子，質(zhì)子質(zhì)量為mp=1.67×10-27kg，帶電量為元電荷e=1.6×10-19C，原子核的直徑的數(shù)量級為10-15m，那么估算兩個質(zhì)子之間的庫侖斥力與萬有引力兩者相差多少倍?（已知G=6.67×10-11N·m2/kg2，k=9.0×109N·m2/C2）=2.3×102N=1.86×10-34N質(zhì)子間的庫侖力遠(yuǎn)大于萬有引力，核子要穩(wěn)定的結(jié)合在一起形成原子核，必然需要第三種力的作用，即核力。1、概念：能夠把原子核中的各種核子維系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力．一、核力：2、核力特點：（2）核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，只在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多

（3）核力是短程力，作用范圍在2×10-15m之內(nèi)，所以每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用（1）核力的存在與電荷無關(guān)性思考：隨著原子序數(shù)的增加，穩(wěn)定原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有怎樣的關(guān)系？為什么？66263047618292125146二、核素圖隨著原子序數(shù)的增加，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1、單獨核子結(jié)合成原子核時，核力做正功釋放能量；要把原子核分解成單獨核子，需要吸收能量，這就是原子核的結(jié)合能。三、結(jié)合能例如氘核的結(jié)合能實驗驗證，用強(qiáng)大的γ光子照射氘核，只有當(dāng)光子能量等于或大于2.22MeV時，才能將氘核分解成一個質(zhì)子和一個中子；說明氘核的結(jié)合能為2.22MeV

相反，若將一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，則要放出2.22MeV的能量。γ射線＋＋γ射線原子核越大，結(jié)合能越大，沒有可比性，但是不同原子核的核子數(shù)不同，質(zhì)子與中子數(shù)的比例不同，每一個核子的結(jié)合能也不同，則每個核子的結(jié)合能具有可比性，它反映了原子核的穩(wěn)定程度或分裂的難易程度，所以計算每個核子的結(jié)合能更有意義。我們把原子核平均每個核子的結(jié)合能叫做平均結(jié)合能，也叫做比結(jié)合能。理解：核子結(jié)合成原子核時，平均每個核子所釋放的能量，它也等于把原子核拆散成每個核子時，平均每個核子吸收的能量定義：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比意義：它反映了一個原子核穩(wěn)定程度，平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定2、平均結(jié)合能

較輕核和較重核的核子平均結(jié)合能較小，穩(wěn)定性較差；中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能較大，穩(wěn)定性較好。重核變成中等核或者輕核變成中等核都需要釋放能量。重核輕核中等核例、一個氘核和一個氚核的核反應(yīng)為，已知的平均結(jié)合能是2.78MeV，的平均結(jié)合能是1.09MeV，的平均結(jié)合能是7.03MeV，問：（1）這個核反應(yīng)是吸收還是釋放能量？能量是多少？（2）產(chǎn)生1mol的所釋放的能量可以把一個6噸重的火箭發(fā)射到多少米的高空？（NA=6×1023）解：（1）這個核反應(yīng)釋放能量E0=EHe-E氘-E氚=（7.03×4-2.78×3-1.09×2）MeV=17.6MeV（2）由E=mgh得h=2.8×107m相當(dāng)于三萬多個珠穆朗瑪峰的高度

結(jié)合能不好測量，在狹義相對論中，愛因斯坦推導(dǎo)出了著名的愛因斯坦質(zhì)能方程，主要用來計算原子核的結(jié)合能和核反應(yīng)釋放的核能。1、解釋了物體的能量和質(zhì)量之間存在密切的聯(lián)系：四、質(zhì)能方程2、質(zhì)量虧損：科學(xué)家研究證明，在核反應(yīng)原子核的質(zhì)量也比自由核子的總質(zhì)量小，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。例如，精確計算表明：氘核的質(zhì)量比一個中子和一個質(zhì)子的質(zhì)量之和小一些。

如果知道原子核的質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程就可以求出原子核的結(jié)合能。利用愛因斯坦質(zhì)能方程可以算出核反應(yīng)釋放的能量：例、下列說法中，正確的是（）A.愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。B.由E=mc2可知能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系C.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量D.因為在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量不守恒。B例、取質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg，中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg，α粒子的質(zhì)mα=6.6467×10-27kg，光速