高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核3 核力与结合能课文配套课件ppt

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册第五章 原子核3 核力与结合能课文配套课件ppt，共46页。PPT课件主要包含了强相互作用，四种基本相互作用，核子数，中等大小，mc2等内容，欢迎下载使用。
整体感知·自我新知初探
[学习任务]　任务1．知道四种基本相互作用，知道核力的性质。任务2．认识原子核的结合能和比结合能的概念。任务3．能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。[问题初探]　问题1．引力相互作用有什么特点？问题2．质子能够在原子核内共存受什么力作用？问题3．电磁相互作用与弱相互作用有什么关系？问题4．为什么说比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定？问题5．质能方程有什么意义？
探究重构·关键能力达成
知识点一　核力与四种基本相互作用
提示：(1)核子之间还存在着核力作用。(2)当核子增多时，原子核增大，核子间的距离也增大，当距离较大时，一些核子间可能就没有核力的作用了，这样形成的核不稳定，最终会瓦解。因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核。
1．核力：原子核中的____之间存在一种很强的相互作用，即存在一种____，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为__________。2．强相互作用的特点(1)强相互作用是____力，作用范围只有约______ m。(2)距离增大时，强相互作用急剧____。超过10-15 m，相互作用不存在。3．弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核_衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。(2)弱相互作用是____力，其力程只有______ m。
[微提醒]　核力与核子是否带电无关。质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用；核力与重力、弹力、摩擦力一样属于性质力。
如图所示是稳定核的质子数与中子数的关系。实线为中子数与质子数相等的情况，而实际上稳定的原子核质子数与中子数关系是另一条线。(其中Z表示质子数，N表示中子数)问题1．原子核较轻时与较重时有什么区别？问题2．为什么会出现这种现象？
提示：1．原子核较轻时中子数与质子数大致相等，而较重时中子数明显多于质子数。2．核力是短程力，且有饱和性，较重的原子核中子数比质子数多，能维持稳定。太大的原子核也不稳定，在宇宙演化过程中只有200多种稳定的原子核保留了下来。
1．对四种基本相互作用的理解(1)引力相互作用：万有引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”，是万有引力使行星绕着恒星运动，万有引力是长程力。(2)电磁相互作用：在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，是长程力。(3)强相互作用：在原子核内，使核子紧密地结合在一起，是短程力。(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，为10-18 m，作用强度则比电磁力小。
2．对核力的理解(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用的一种表现。(2)核力是短程力，距离增大时，强相互作用急剧减小，作用范围只有约10-15 m，超过这个限度时核力消失。(3)核力具有饱和性。核子只跟相邻的核子产生较强的相互作用，而不是与核内所有核子发生作用。(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。
【典例1】　(对核力的理解)(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　)A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程力
CD　[核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围只有约10-15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，质子间、中子间、质子和中子间都可以有核力作用，核力是原子核稳定存在的原因，故C、D正确。]
【典例2】　(四种基本相互作用)科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用。我们知道分子之间也存在相互作用的引力或斥力，那么分子间作用力实质上是属于(　　)A．引力相互作用B．电磁相互作用C．强相互作用和弱相互作用的共同作用D．四种基本相互作用的共同作用
B　[分子间作用力的作用范围约在10-10 m数量级上。强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围分别在10-15 m和10-18 m数量级上，在分子间作用力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子间作用力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于分子间的电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子间作用力本质上属于电磁相互作用。]
1．结合能原子核是____凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要____，这就是原子核的结合能。2．比结合能原子核的结合能与______之比，叫作比结合能，也叫作____结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越____，原子核越____。________的核的比结合能最大，最稳定。
如图所示，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，需要吸收一定的能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出一定的能量。
问题1．怎样描述核子结合成原子核的过程中放出的能量？问题2．把核子分开需要的能量与核子结合成原子核放出的能量有什么关系？
提示：1．结合能。2．相等。
1．对比结合能曲线的理解(1)意义：表示不同原子核的比结合能随质量数变化的图线。
(2)特点：中等质量原子核的比结合能最大，轻核与重核的比结合能都比中等质量原子核的比结合能小。
2．比结合能与原子核稳定性的关系(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。
特别提醒：(1)结合能的大小与组成原子核的核子数有关，组成原子核的核子数越多，结合能越大。ΔE＝nE比。(2)并不是结合能越大的原子核越稳定，而是比结合能越大，原子核越稳定；原子核较大时，原子核的结合能尽管很大，但原子核却会变得很不稳定，很容易发生衰变。
1．质能方程物体的能量与它的质量的关系：E＝____。2．质量亏损原子核的质量____组成它的核子的质量之和的现象。
[微提醒]　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。
如图所示是钚原子核衰变示意图，此过程伴随γ光子辐射。
问题1．在钚反应过程中质量数、电荷数是否守恒？问题2．核反应中γ光子的能量是否就是钚原子核的结合能？问题3．衰变时是吸收能量还是释放能量？
提示：1．质量数、电荷数均守恒。2．不是。3．释放能量。
1．质量亏损所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。
2．质能方程E＝mc2(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系。(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。3．核能的计算(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm。②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1 u相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。
【典例5】　(对爱因斯坦质能方程的理解)(2023·全国乙卷)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1 min内释放的能量量级为1048 J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108 m/s)(　　)A．1019 kg　　　　　　　B．1024 kgC．1029 kg 　D．1034 kg
规律方法　核反应是释放还是吸收能量的判断方法(1)根据反应前后的质量变化质量亏损——释放能量；质量增加——吸收能量。(2)根据反应前后的比结合能的变化比结合能变大——释放能量；比结合能变小——吸收能量。
应用迁移·随堂评估自测
1．下列关于核力与核能的说法正确的是(　　)A．核力是强相互作用的一种表现，任意两个核子之间都存在核力作用B．原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．核力是引起原子核β衰变的原因D．原子核中所有核子单独存在时的质量总和等于该原子核的总质量
B　[核力是强相互作用的一种表现，只有相邻的两个核子之间存在核力作用，A错误；原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，B正确；弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，C错误；核子结合成原子核时发生质量亏损，释放能量，所以原子核中所有核子单独存在时的质量之和大于该原子核的总质量，D错误。]
2．关于质量亏损和原子核的结合能，以下说法正确的是(　　)A．核子数越多，结合能不一定越大B．核子结合成原子核时会出现质量亏损，这部分亏损的质量消失了C．两个轻核结合成一个质量较大的核，生成物的结合能比反应物的结合能大D．原子核的比结合能越大，在自由核子结合成原子核时，平均每个核子的质量亏损就越小，平均每个核子的质量也就越大
C　[核子数越多，结合能一定越大，选项A错误；核子结合成原子核时会出现质量亏损，但不代表质量消失，选项B错误；两个轻核结合成一个质量较大的核，生成物的比结合能比反应物的比结合能大，因此生成物的结合能比反应物的结合能大，选项C正确；原子核的比结合能越大，在自由核子结合成原子核时，平均每个核子的质量亏损就越大，所以平均每个核子的质量也就越小，选项D错误。]
4．(多选)不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系。下列说法正确的是(　　)A．原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要大B．原子核D和E聚变成原子核F时有质量亏损，要放出能量C．原子核A裂变成原子核B和C时有质量亏损，要放出能量D．原子核A裂变成原子核B和C时亏损的质量转化成能量
BC　[A错误：原子核的核子平均质量越小，原子核越稳定，比结合能越大，因此原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要小。B正确：由题图可知，D和E的核子平均质量大于F的核子平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能。C正确，D错误：由题图可知，A的核子平均质量大于B与C的核子平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要释放出核能，但不是质量转化为能量。]
回归本节知识，完成以下问题：1．核力的主要性质有哪些？
提示：①强相互作用力；②短程力；③饱和性；④与电荷无关。
2．原子核中只有质子间才存在核力吗？
提示：不是。原子核中质子和质子间、中子和中子间、质子和中子间都存在核力。
3．比结合能与原子核的稳定关系如何？
提示：①比结合能越大，原子核越稳定；②中等核子数的原子核，原子核较稳定。
4．写出核能的计算公式。
提示：ΔE＝Δmc2。