19.5核力與結(jié)合能課件-高二下學期物理人教版選修3-5

核力與結(jié)合能高二年級物理資料對原子核結(jié)構(gòu)的認識簡史盧瑟福，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，并提出質(zhì)子-電子假說盧瑟福，提出猜想，預(yù)言原子核內(nèi)可能存在一種質(zhì)量與質(zhì)子相近的中性粒子。查德威克，盧瑟福學生，發(fā)現(xiàn)了中子，證實了盧瑟福預(yù)言的正確性。海森伯，提出原子核由質(zhì)子和中子組成的假說資料資料資料一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用（1）萬有引力相互吸引的作用存在于一切物體之間，我們稱它為萬有引力。是“長程力”。（2）電磁力電荷間的相互作用、磁體間的相互作用，本質(zhì)上是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，這種相互作用稱為電磁相互作用或

電磁力。是“長程力”。

例：質(zhì)子m=1.67×10-27kg,

e=1.6×10-19C,相鄰質(zhì)子間的距離約為r=5×10-15m請計算一下質(zhì)子間的萬有引力大小和電磁力（庫侖力）大小分別是多少？一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用NN電磁力遠遠大于萬有引力一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用（3）強相互作用核力：核物理學家猜想，原子核里的核子間有第三種相互作用的存在，即存在著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用（3）強相互作用核力的特點：①核力是強相互作用（強力）的一種表現(xiàn)。在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。②核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。核力在大于0.8×10-15m時表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，超過1.5×10-15m，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.8×10-15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起。③每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用（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(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用是短程力，其力程比強力更短，為10-18m，作用強度則比電磁力小。一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用

四種基本相互作用按強度來排列，順序是：強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用盡管四種相互作用存在巨大的差別，物理學家們在努力尋求力的統(tǒng)一。近年來，在弱作用和電磁作用的統(tǒng)一方面，已經(jīng)取得成功。實驗已經(jīng)證明：正如電和磁是電磁作用的兩種不同表現(xiàn)一樣，弱作用和電磁作用也只不過是統(tǒng)一的弱電相互作用的兩種不同表現(xiàn)而已。弱電統(tǒng)一的成就促進了強、電、弱三種作用統(tǒng)一起來的大統(tǒng)一的研究。溫伯格薩拉姆格拉肖三人同獲1979年的諾貝爾物理學獎一、粒子間的相互作用1．四種基本相互作用資料資料資料二、原子核中質(zhì)子與中子的比例質(zhì)子數(shù)中子數(shù)

自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。1．輕重原子核中質(zhì)子和中子比例不同二、原子核中質(zhì)子與中子的比例2．分析原因核越來越大，有些核子間的距離越來越遠。隨著距離的增加，核力與電磁力都會減小，但核力減小得更快。原子核大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。如果不再成對地增加質(zhì)子和中子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定。穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。三、結(jié)合能由于核子間存在著強大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或者原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化。資料三、結(jié)合能當光子能量等于或大于2.19MeV時，這個反應(yīng)才會發(fā)生一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，要放出2.19MeV的能量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，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。注意：結(jié)合能并不是由于核子結(jié)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四、比結(jié)合能

猜想：結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結(jié)合能的大小能不能反映原子核的穩(wěn)定程度？U-235Li-6資料四、比結(jié)合能比結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)=意義：它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。

比結(jié)合能越大，核越穩(wěn)定。規(guī)律：不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的。中等大小的核的比結(jié)合能最大，這些核最穩(wěn)定。四、比結(jié)合能五、質(zhì)量虧損例2：已知中子的質(zhì)量是mn=1.6749×10-27kg,質(zhì)子的質(zhì)量是mp=1.6726×10-27kg，生成的氘核的質(zhì)量是mD=3.3436×10-27kg,反應(yīng)前后的總質(zhì)量會發(fā)生變化嗎?分析：：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。反應(yīng)前總質(zhì)量=mn+mp×10-27kg反應(yīng)后總質(zhì)量=mD=

3.3436×10-27kg2．愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc22．愛因斯坦質(zhì)能方程愛因斯坦質(zhì)能方程告訴我們：①一定的質(zhì)量總是跟一定的能量對應(yīng)，核子在結(jié)合成原子核時總質(zhì)量減少了，相應(yīng)的總能量也要減少。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加。在原子核反應(yīng)中往往伴隨巨大的放能、吸能現(xiàn)象。②核反應(yīng)中釋放或吸收的能量，可以根據(jù)反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量差用質(zhì)能方程計算。③核反應(yīng)中能量的吸收與核力的作用有關(guān)。當核子結(jié)合成原子核時，核力要做功，所以放出能量；原子核分裂為核子時，要克服核力做功，所以要從外界吸收能量。④原子核的質(zhì)量虧損并不破壞質(zhì)量守恒定律。五、質(zhì)量虧損五、質(zhì)量虧損mpmnmDΔE質(zhì)量差kg質(zhì)量差對應(yīng)的能量J在核物理中，能量單位常常使用電子伏特：1eV=1.6×10-19J，所以，氘核的結(jié)合能是eV=2.19×106氘核的比結(jié)合能MeV=1.10MeV質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能2．愛因斯坦質(zhì)能方程課堂小結(jié)一、核力與四種基本相互作用

萬有引力、電磁力、強相互作用、弱相互作用二、原子核中質(zhì)子與中子的比例

自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。三、結(jié)合能比結(jié)合能四、質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能結(jié)合能核子數(shù)=練習：1個質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.007277u，1個中子的質(zhì)量mn=1.008665u，氦核的質(zhì)量為4.0015