高中物理-核力與結合能課件

第五節(jié)核力與結合能第一頁，編輯于星期五：十一點九分。思考：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質子為什么能夠擠在一起而不飛散？原子核質子〔帶正電〕中子猜測：萬有引力？

理論驗證：質子相互間距數量級是10-15m；質子質量數量級10-27kg質子量電量數量級10-19kg；萬有引力常量數量級10-11靜電力常量數量級109結論：萬有引力太小，只有庫侖力的10-35到10-36之間。原子核中的質子要靠自身的萬有引力來抗衡相互間的庫侖力是不可能的。猜測：有第三種力--核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內，形成穩(wěn)定的原子核。復習穩(wěn)固第二頁，編輯于星期五：十一點九分。核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力〔強相互作用，也叫強力〕．一、核力2.核力是短程力。約在10-15m量級時起作用，距離大于0.8×10-15m時為引力,距離為10×10-15m時核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時為斥力，因此核子不會融合在一起。1.核力是四種相互作用中的強相互作用〔強力〕的一種表現。在原子核尺度內，核力比庫侖力大得多。3.核力具有飽和性。每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質稱之為核力的飽和性。4.核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀態(tài)，核力與核子電荷無關。〔見書本P79圖〕特點第三頁，編輯于星期五：十一點九分。1.萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨領風騷〞。是引力使行星繞恒星轉動，并且聯(lián)系著星系團，決定了宇宙的現狀和未來。四種相互作用3.強相互作用：在原子核內，強力將核子束縛在一起。2.電磁力：在原子核外，電磁力使電子結合成分子，使分子結合成液體與固體。電磁力和萬有引力都是“長程力〞，即它們可以作用到無限遠的距離，當然距離越遠，力就越小4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為10－18m，作用強度那么比電磁力小。物理學有一條理論：叫做簡單才是美。能否將這四條理論統(tǒng)一起來呢？第四頁，編輯于星期五：十一點九分。請同學們找出元素周期表，分析隨著原子序數的增大，質子數與中子數有什么關系？二、原子核中質子與中子的比例結論：自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，但對于較重的原子核，中子數大于質子數，越重的元素，兩者相差越多。質子數中子數理想的質子數和中子數相等的穩(wěn)定原子核實際存在的原子核原因分析：核越大，核子間距離增大庫侖力與核力均減少，但核力減少快增大到一定程度時，核力較少，缺乏以平衡庫侖力時，原子核會不穩(wěn)定。假設增加中子，與其它核子無庫侖力，但有核力，有助于原子核穩(wěn)定核力是短程力，假設超過其作用范圍，增加中子，原子核也不穩(wěn)定，所以原子序數越大越不穩(wěn)定。第五頁，編輯于星期五：十一點九分。宏觀模型：相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內能散失掉了。兩個物體為了結合而付出了代價－－失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。微觀模型：原子核是核子結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能。模型分析類比分析：要使基態(tài)氫原子電離，也就是要從氫原子中把電子剝離，需要通過碰撞、施加電場、賦予光子等某種途徑讓它得到13.6eV的能量。這個能量實際上就是電子與氫原子核的結合能，不過通常把它叫做氫原子的電離能，而結合能一詞只用在原子核中。第六頁，編輯于星期五：十一點九分。由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．可見，當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量．這個能量叫做原子核的結合能．三、結合能注意：結合能并不是由于核子結合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。第七頁，編輯于星期五：十一點九分。例題：請計算一下方程左右的質量中子的質量=1.6749×10－27Kg質子的質量=1.6726×10－27Kg中子和質子的質量和=3.3475×10－27Kg氘核的質量=3.3436×10－27Kg質量差=0.0039×10－27Kg四、質量虧損質量虧損:愛因斯坦的質能方程：E＝mc2質量虧損說明原子核內確實存在著結合能。核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δm，正說明它們在互相結合過程中放出了能量ΔE=Δm·c2第八頁，編輯于星期五：十一點九分。自然，原子核越大，它的結合能越高。因此，有意義的是它的結合能與核子數之比，稱作比結合能也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。比結合能中等大小的核的比結合能最大〔平均每個核子的質量虧損最大〕，這些核最穩(wěn)定。第九頁，編輯于星期五：十一點九分。第一..核反響過程中:核子結合成原子核時,新核質量小于核子的質量(質量虧損),同時以光子形式釋放核能;原子核分解為核子時,需要吸收一定能量,核子的總質量大于原原子核的質量.第二.核反響過程中,質量虧損時,核子個數不虧損(即質量數守恒),可理解為組成原子核后,核內每個核子仿佛“瘦了〞一些.第三.質量虧損并非質量消失,而是減少的質量m以能量形式輻射(動質量),因此質量守恒定律不被破壞.有關問題的理解和本卷須知第四.公式ΔE=Δm·c2的單位問題P82問題與練習3.m用“u(原子質量單位)〞1u=1.660566×10-27kgΔE用“uc2〞1uc2=931MeV(表示1u的質量變化相當于931MeV的能量改變)第十頁，編輯于星期五：十一點九分。第五.核反響中釋放或吸收的能量比化學反響中釋放或吸收的能量大好幾個數量級.有關問題的理解和本卷須知如例題，2.19MeV的能量的絕對數量并不算大，但這只是組成1個氘核所放出的能量．如果組成的是6.02×1023個氘核時，放出的能量就十分可觀了．與之相對照的是，使1摩的碳完全燃燒放出的能量為393.5×103J．折合為每個碳原子在完全燃燒時放出的能量只不過4eV．假設跟上述核反響中每個原子可能放出的能量相比，兩者相差數十萬倍．第十一頁，編輯于星期五：十一點九分。問題與練習參考答案：p821.〔1〕核反響涉及四種根本力中的強相互作用，化學反響涉及四種根本力是的電磁相互作用〔2〕核反響改變了原子核，化學反響可以改變核外電子的排列，從而改變分子結構第十二頁，編輯于星期五：十一點九分。問題與練習參考答案：p822.通常我們看到的物體的能量發(fā)生變化時，為什么覺察不到物體質量的變化？根據質能關系可知ΔE=Δm·c2。由于光速很大，我們通?？吹降奈矬w能量的變化量對應的質量變化量很小，因此我們覺察不到質量變化第十三頁，編輯于星期五：十一點九分。問題與練習參考答案：p823.試證明，1原子質量單位u相當于931.50MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．4.1.02×105m第十四頁，編輯于星期五：十一點九分。課堂練習: