人教版高中物理选修性必修第三册 5.3核力与结合能

核力与结合能 思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？原子核质子（带正电）中子猜想：万有引力？理论验证：质子相互间距数量级是10-15m；质子质量数量级10-27kg。质子量电量数量级10-19kg；万有引力常量数量级10-11静电力常量数量级109。结论：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间。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。猜想：有第三种力——核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。 一、核力与四种基本相互作用1.核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用，也叫强力）。 一、核力与四种基本相互作用（2）核力是短程力。约在10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力,距离为10×10-15m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。（1）核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。（3）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。（4）核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。2.特点 一、核力与四种基本相互作用（2）电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。（1）万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。（3）强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。（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，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。3.四种相互作用 二、结合能宏观模型：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，动能变成它们的内能散失掉了。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，还要重新赋予它们这份能量。 二、结合能要将原子核拆散成单个核子，也一定需要的能量。微观模型：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 二、结合能结合能：将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量将单个核子结合成原子核所要放出的能量①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？ 当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。这个能量叫做原子核的结合能。结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。②如何理解结合能？③结合能的大小与什么因素有关？二、结合能 如何才能反映原子核的稳定程度？Li-6二、结合能U-235④结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？ 1.比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。2.理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。比结合能结合能核子数=3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。二、结合能 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。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。二、结合能 中子的质量=1.6749×10－27kg质子的质量=1.6726×10－27kg中子和质子的质量和=3.3475×10－27kg氘核的质量=3.3436×10－27kg请计算一下方程左右的质量：质量差=0.0039×10－27kg质量亏损: 三、质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和。质量亏损：爱因斯坦的质能方程：质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。核子在结合成原子核时出现的质量亏损，正表明它们在互相结合过程中放出了能量。 1.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。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，而是减少的质量以能量形式辐射（动质量），因此质量守恒定律不被破坏。有关问题的理解和注意事项三、质量亏损 1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（）A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力D 2．下列说法中正确的是（）A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用C．重核比中等质量的核更稳定D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力B 3．下列说法正确的是（）A．自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量C．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生核反应C 4．下列说法中，正确的是（）A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量D．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒B 5．关于质能方程，下列说法中正确的是（）A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的BD 6．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近（）A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kgD