（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 原子與原子核 3.3 原子核 3.3.5 核力與結(jié)合能課件 新人教版選修3-5.ppt

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1、3.3.5核力與結(jié)合能,一、核力與四種基本相互作用 1.核力：原子核內(nèi)之間的相互作用力。 2.核力的特點(diǎn) (1)核力是的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多。 (2)核力是短程力，作用范圍在之內(nèi)。在大于0.81015 m小于1.51015 m的范圍內(nèi)表現(xiàn)為吸引力，在小于0.81015 m時(shí)表現(xiàn)為斥力。 (3)核力的飽和性：每個(gè)核子只跟發(fā)生核力作用。,核子,強(qiáng)相互作用,1.510-15 m,鄰近的核子,3.四種基本相互作用,更短,電磁力,萬(wàn)有引力,思考判斷,(1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬(wàn)有引力聚在一起的。() (2)核力是強(qiáng)相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多。() (3)弱相

2、互作用的力程比強(qiáng)力更短。() 答案(1)(2)(3),二、原子核中質(zhì)子與中子的比例 1.自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致。 2.較重的原子核，中子數(shù)質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。,相等,大于,思考判斷,(1)在原子核的組成中，質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)。() (2)原子核大到一定程度，原子核就不穩(wěn)定了。() (3)在宇宙演化過(guò)程中，只有穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái)。() 答案(1)(2)(3),三、結(jié)合能和質(zhì)量虧損 1.結(jié)合能和比結(jié)合能 (1)結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開(kāi)也需要_，這就是原子核的結(jié)合能。 (2)比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：原子核的結(jié)合能與 之比稱為比結(jié)

3、合能。比結(jié)合能 ，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定， 的核的比結(jié)合能最大、最穩(wěn)定。,能量,核子數(shù),越大,中等大小,2.質(zhì)量虧損 (1)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程。 (2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。 (3)核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損m，與它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過(guò)程中放出的能量E的關(guān)系是 。 3.比結(jié)合能應(yīng)用前景 (1)中等大小的核的比結(jié)合能，這些核最穩(wěn)定。 (2)使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，都將新的結(jié)合能。,E=mc2,小于,E=mc2,最大,釋放,思考判斷,(1)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越高。() (2)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得

4、越牢固，原子越穩(wěn)定。() (3)質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。() 答案(1)(2)(3),根據(jù)核力的性質(zhì)解釋原子核的穩(wěn)定性,(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)。 (2)核力是短程力。約在1015 m數(shù)量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.81015 m時(shí)為引力，距離小于0.81015 m時(shí)為斥力。距離為101015 m時(shí)核力幾乎消失。 (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。核力與核子電荷無(wú)關(guān)。,1.核力的性質(zhì),要點(diǎn)歸納,2.原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系,(1)較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等

5、，但對(duì)于較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。 (2)形成原因 若質(zhì)子與中子成對(duì)地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會(huì)減小，但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。 若只增加中子，因?yàn)橹凶优c其他核子沒(méi)有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。 由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，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)候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。,例1 關(guān)于核力的

6、說(shuō)法正確的是(),A.核力同萬(wàn)有引力沒(méi)有區(qū)別，都是物體間的作用 B.核力就是電磁力 C.核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi) D.核力與電荷有關(guān) 解析核力是短程力，超過(guò)1.51015 m。核力急劇下降幾乎消失，故選項(xiàng)C正確；核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；核力與電荷無(wú)關(guān)。故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案C,精典示例,針對(duì)訓(xùn)練1 關(guān)于質(zhì)子和中子的說(shuō)法，正確的是(),A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等 B.穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多 C.原子核都是非常穩(wěn)定的 D.對(duì)于較重的原子核，由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果繼續(xù)增大原子核，形成的核也一定是不穩(wěn)定的 解析自

7、然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，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。因此正確答案選D。 答案D,對(duì)結(jié)合能的理解,1.中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小。,要點(diǎn)歸納,2.比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系,(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開(kāi)，表示該原子核就越穩(wěn)定。 (2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。 (3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就能釋放核能。例如，一個(gè)核子數(shù)較

8、大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。,例2 下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法正確的是(),A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能 B.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大 C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大 D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大,精典示例,解析核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核

9、子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，選項(xiàng)D正確。 答案D,(1)核子結(jié)合成原子核時(shí)一定釋放能量，原子核分開(kāi)成核子時(shí)一定吸收能量，吸收或釋放的能量越大，表明原子核的結(jié)合能越大。 (2)比結(jié)合能越大表明原子核越穩(wěn)定。一般情況下，中等質(zhì)量的原子核比輕核和重核的比結(jié)合能大。,針對(duì)訓(xùn)練2 (多選)對(duì)結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識(shí)，下列正確的是(),A.一切原子核均具有結(jié)合能 B.自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量 C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 解析由自由核子結(jié)合成原子核的過(guò)程

10、中，核力做正功，釋放出能量，反之，將原子核分開(kāi)變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應(yīng)的能量，該能量即為結(jié)合能，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；對(duì)核子較多的原子核的結(jié)合能越大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確。 答案AD,1.質(zhì)量虧損的理解,所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過(guò)程中以能量的形式輻射出去了。反過(guò)來(lái)，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給?？傊?，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們之間的關(guān)系就是Emc2。,質(zhì)量虧損與核能計(jì)算,要點(diǎn)歸納,2.質(zhì)能方程Emc2的理解,(1)質(zhì)能方程說(shuō)明，一定的質(zhì)量總是

11、跟一定的能量相聯(lián)系的。具體地說(shuō)，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量之積，這里所說(shuō)的總能量，不是單指物體的動(dòng)能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。 (2)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加，質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫作Emc2。,(3)質(zhì)能方程的本質(zhì) 質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個(gè)量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化。 質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律。根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，輻射出的光子靜質(zhì)量雖然為零，

12、但它有動(dòng)質(zhì)量，而且這個(gè)動(dòng)質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立。,例3 (多選)關(guān)于質(zhì)能方程，下列說(shuō)法正確的是(),A.質(zhì)量減少，能量就會(huì)增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 B.物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值 C.物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系 D.某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 解析質(zhì)能方程Emc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時(shí)，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)Emc2進(jìn)行計(jì)算，所以選項(xiàng)B、D正確。 答案BD,精典示例,質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性

13、，方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個(gè)量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化。,答案吸收能量1.2 MeV,解析反應(yīng)前總質(zhì)量：MNMHe18.011 40 u， 反應(yīng)后總質(zhì)量：MOMH18.012 69 u。 可以看出：反應(yīng)后總質(zhì)量增加，故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)。 吸收的能量利用Emc2來(lái)計(jì)算， 若反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量增加1 u，就會(huì)吸收931.5 MeV的能量， 故E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV。,核能的計(jì)算方法 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算 根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前、后的質(zhì)量虧損m。 根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Emc2計(jì)算核能。 其中m的單位是千克，E的單位是焦耳。 (2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算 根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV。其中m的單位是u，E的單位是MeV。,