人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能课堂教学ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能课堂教学ppt课件，文件包含53核力与结合能课件-点石成金系列2021-2022学年高中物理课件人教版2019选择性必修第三册pptx、核力_标清wmv等2份课件配套教学资源，其中PPT共38页， 欢迎下载使用。

原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
猜想：难道是万有引力？
质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；万有引力常量G的数量级为10-11，静电力常量k的数量级为109。估算库仑力与万有引力之比？
原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。
在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
核力与四种基本相互作用
定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
⑵核力是短程力。约在10-15m 数量级时起作用，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，因此核子不会融合在一起。
⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多（比库仑力强137倍）。
⑶核力与电荷无关。（核力与核子电荷无关）
⑷核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。
引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
电荷间与磁体间的相互作用
宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的电磁相互作用。
原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。
短程力：约在10-15m量级时起作用
在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用
弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。
短程力：约在10-18m量级时起作用
电荷间、电流间、磁体间
组成原子核的核子之间
距离增大时，急剧减小
距离增大时，急剧减小，比强相互作用小得多
3、四种基本相互作用的对比
引起原子核β衰变的原因
【例题1】 (多选)下列说法正确的是(　　 )A.核力是短程力,作用范围很小,只在邻近核子间发生B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内,形成稳定的原子核,但又不会融合在一起C.质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力D.核力是一种弱相互作用力,在其作用范围内,核力比库仑力大得多
核力作用的范围在10-15 m区域内，只在邻近核子间发生，是短程力，A正确；核力可能表现为引力，也可能表现为斥，B正确；核力是核子之间的强相互作用力，C正确；核力是一种强相互作用力，D错误。
相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能。最后撞在一起，一部分动能变成热并散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价——失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们能量。
要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、让氢原子吸收光子等途径使它得到相应的能量。
如图5.3-3，氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？
γ为光子，其能量ε≥27.386MeV，反应才能发生
γ为光子，其能量ε＝27.386MeV
把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量相等。
原子核分解成核子时所吸收的能量。
吸收27.386MeV
也是核子结合成原子核而释放的能量
组成原子核的核子越多，它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比。
2、比结合能（平均结合能）：
意义：它反映了一个原子核稳定程度，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。
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。
★★3、比结合能与原子核稳定的关系：(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。(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，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核，都能释放出巨大的核能。
(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小。(2)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。　
核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量有多大？我们可能计算出来吗？
原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
（组成原子核的核子的质量之和与原子核的质量之差）
(3)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。
(2)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒。
质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。
物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：
核子在结合成原子核时要放出能量，出现质量亏损，大小为：
物体质量，随着能量的变化，会发生变化。
2、爱因斯坦质能方程：E＝mc2 （ΔE＝Δmc2）
（1）质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。 （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以能量形式辐射出去了，因此质量守恒定律不被破坏。
3、核反应过程中: 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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,核子的总质量大于原原子核的质量。
4、质能方程ΔE= mc2 常用单位: （1） m用“u(原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg （2）ΔE用“uc2” 1uc2=931.5MeV（931.5兆电子伏） (表示1u 的质量变化相当于931.5MeV的能量改变)
(3)质能方程的本质：①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；②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；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。
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体 所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是 单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。
5、对质能方程E＝mc2的理解
(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加； 质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。
【例题】已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能.
单个质子和单个中子的质量和为
＝mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg
这个数值与氘核质量之差
Δm ＝（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg
与这个质量差相对应的能量为
ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J
核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是
中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
从图象上看，哪一种原子的比结合能更大？
铁（Fe）原子的比结合能最大
铁（Fe）原子比较稳定
核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大
两个比铁轻的原子核结合时，或比铁重的重核分裂时，都要放出能量
原子的比结合能随质量数的变化
6、原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
比结合能最高的是镍-62。只不过镍-62最终也会衰变成铁元素，所以我们会习惯性地认为铁元素的比结合能最高。
7、原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
使较重的核分裂成中等大小的核，比结合能会增加，发生质量亏损，释放结合能。
如果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，核子的比结合能都会增加，即核子将发生新的质量亏损，释放新的结合能。这些能量岂不是可以供人使用?
【例题】下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有(　　)A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大C.重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确。
『判一判』(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。(　　)(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大多得。(　　)(3)在原子核的组成中，质子数等于中子数。(　　)(4)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了。(　　)(5)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。(　　)(6)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。(　　)
×　√　×　√　√　×　
【例题】用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和α粒子。生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看成m，光速为c。⑴写出核反应方程； ⑵求氚核和α粒子的速度大小；⑶若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求出质量亏损。
2、下列关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B.比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C.重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
3、(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是(　　)A.一切原子核均具有结合能B.自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C.结合能越大的原子核越稳定D.比结合能越大的原子核越稳定
5、(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有(　　)
A.核的结合能约为14 MeVB.He核比Li核更稳定C.两个H核结合成He核时释放能量D.92U核中核子的平均结合能比Kr核中的大