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,4,原子核结合能,1/49,一、原子核结合能概念和结合能计算,1.,结合能,概念,:,由,_,结合成原子核过程,中所释放出能量。,2.,质量亏损,:,原子核,_,都小于组成它全部核,子单独存在时,_,二者之差称为质量亏损。,分散核子,静质量,总静质量,2/49,3.,爱因斯坦质能方程,:,物体能量和质量之间存在,着亲密确实定,联络,即,_,。物体质量发生改变时,它能量也按照这一关系式发生对应改变,即,_,。,E=mc,2,E=mc,2,3/49,【,想一想,】,有些人认为质量亏损就是核子个数变少了,这种认识对不对,?,提醒,:,不对。在核反应中质量数守恒即核子个数不变,只是核子组成原子核时,好像变“轻”了一些,原子核质量总是小于其全部核子质量之和,即发生了质量亏损,核子个数并没有改变。,4/49,二、比结合能曲线,1.,从比结合能曲线能够看出,:,(1),比结合能越大,核,就越,_,。,_,是原子,核稳定程度量度。,(2),曲线中间高两头低,说明中等质量原子核比,结合能最大,_,最稳定。,稳定,比结合能,中等质量核,5/49,(3),质量较大,_,和质量较小,_,比结合能都,较小。,2.,核聚变,:,两个轻核结合成较重,_,释放,出能量过程叫核聚变。,3.,核裂变,:,一个重核,_,为两个,(,或多个,),中等质量,核时释放出,_,过程叫核裂变。,重核,轻核,单个原子核,分裂,核能,6/49,【,判一判,】,(1),比结合能越大,原子核中核子结合得越牢,固。,(,),(2),比结合能也叫平均结合能。,(,),(3),轻核聚变释放能量,重核裂变吸收能量。,(,),7/49,提醒,:,(1),比结合能越大,要把原子核中核子拆散开,需要克服核力做功越多,核子结合得越牢靠,(1),正确。,(2),比结合能也叫平均结合能,是一个概念两种叫法,(2),正确。,(3),重核裂变也释放能量,(3),错。,8/49,知识点一、原子核结合能、比结合能,思索探究,:,9/49,如图所表示,氘核吸收,2.23MeV,能量就能够把原子核中核子拆散为分散质子和中子,那么,:,假如把分散核子结合成原子核会不会释放出能量呢,?,假如会,所释放能量又有多少呢,?,10/49,【,归纳总结,】,1.,原子核结合能,:,组成原子核核子间存在着强大核力,核力使原子核成为一个坚固集合体。假如将原子核中核子拆散为分散质子和中子,就得克服核力而做巨大功。若要把分散核子结合成一个原子核,就会放出巨大能量。由分散核子结合成原子核过程中所释放出能量称为原子核结合能。,11/49,2.,比结合能,:,原子核越大,它结合能越高,所以有意义是它结合能与核子数之比,称作比结合能。比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢靠,原子核越稳定。,12/49,【,尤其提醒,】,中等大小原子核比结合能最大,这些核最稳定。使较重核分裂成中等大小核,或者把较小核合并成中等大小核,核子比结合能都会增加,都要释放能量。,13/49,【,典例,】,下面关于结合能和比结合能说法中,正确有,(,),A.,核子结合成原子核吸收能量或原子核拆解成核子放出能量称为结合能,B.,比结合能越大原子核越稳定,所以它结合能也一定越大,14/49,C.,重核与中等质量原子核相比较,重核结合能和比结合能都大,D.,中等质量原子核结合能和比结合能均比轻核要大,15/49,【,思绪点拨,】,解答这类问题时应掌握以下两点,:,(1),要正确了解结合能和比结合能两个概念,比结合能和核子数乘积就是结合能。,(2),中等质量原子核比结合能大于重核、轻核比结合能,但结合能大小由比结合能与原子核内核子数乘积来决定。,16/49,【,正确解答,】,选,D,。核子结合成原子核放出能量,原子核拆解成核子吸收能量,A,选项错,;,比结合能越大原子核越稳定,但比结合能越大原子核,其结合能不一定大,比如,中等质量原子核比结合能比重核大,但因为核子数比重核少,其结合能比重核反而小,B,、,C,选项错,;,中等质量原子核比结合能比轻核大,原子核内核子数又比轻核多,所以它结合能也比轻核大,D,选项正确。,17/49,【,过关训练,】,对结合能、比结合能认识,以下说法正确,是,(,),A.,一切原子核均含有结合能,B.,自由核子结合为原子核时,可能吸收能量,C.,结合能越大原子核越稳定,D.,比结合能越大原子核越稳定,18/49,【,解析,】,选,D,。氢原子核只有一个质子,无结合能,结合能并不是原子核所含有能量,故,A,错,;,自由核子结合为原子核时,放出能量,故,B,错,;,比结合能越大原子核越稳定,故,C,错,D,正确。,19/49,【,赔偿训练,】,如图是比结合能曲线,依据比结合能曲线思索下面问题,:,20/49,两个氘核发生以下核反应,:,在反应过程中是放出能量还是吸收能量,?,为何,?,21/49,【,解析,】,由比结合能曲线可知,2,个 比结合能为,2MeV,而一个 比结合能为,7.0MeV,即,2,个,结合成一个 时能够放出,5MeV,能量,.,22/49,知识点二、原子核结合能计算,思索探究,:,依据爱因斯坦提出质能关系式,可知物体能量和质量之间存在着亲密确实定关系,请思索以下问题,:,(1),什么是质量亏损现象,?,(2),在核反应中怎样利用质能关系式研究能量和质量关系呢,?,23/49,【,归纳总结,】,1.,质能方程,E=mc,2,:,爱因斯坦指出,物体能量,(E),和质量,(m),之间存在着亲密关系,即,E=mc,2,式中,c,为真空中光速。爱因斯坦质能方程表明,:,物体所含有能量跟它质量成正比。因为,c,2,这个数值十分巨大,因而物体能量是十分可观。,24/49,2.,质量亏损,:,试验表明,原子核静质量都小于组成它全部核子单独存在时总静质量。通常把核反应中质量降低称为质量亏损。,3.,核反应中因为质量亏损而释放能量,E=mc,2,:,从爱因斯坦质能方程一样能够得出,物体能量改变,E,与物体质量改变,m,关系,:E=mc,2,。,25/49,【,尤其提醒,】,(1),物体质量包含静止质量和运动质量,质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量降低。降低静止质量转化为和辐射能量相关运动质量,在核反应中依然恪守质量守恒定律、能量守恒定律。,(2),质量亏损也不是核子个数降低,核反应中核子个数是不变。,26/49,【,典例探究,】,【,典例,】,一个锂核,(),受到一个质子轰击,变成两,个,粒子。已知质子质量是,1.673 610,-27,kg,锂核,质量是,11.650 510,-27,kg,氦核质量是,6.646 6,10,-27,kg,。,(1),写出上述核反应方程。,(2),计算上述核反应释放出能量。,(,保留,3,位有效数字,),27/49,【,思绪点拨,】,解答本题时应把握以下三点,:,(1),写核反应方程时,要注意元素符号和两个守恒。,(2),用反应物质量减去生成物质量等于质量亏损。,(3),依据爱因斯坦质能方程,E=mc,2,计算释放核能。,28/49,【,正确解答,】,(1),(2),核反应质量亏损,m=m,Li,+m,p,-2m,=(11.650 510,-27,+1.673 610,-27,-26.646 6,10,-27,)kg=3.0910,-29,kg,。,释放能量,E=mc,2,=3.0910,-29,(310,8,),2,J=2.7810,-12,J,29/49,答案,:,(1),(2)2.7810,-12,J,30/49,【,总结提升,】,应用质能方程时应注意三个问题,(1),要明确题目中已知量单位,只有,m,和,c,取国际单位,得到,E,才是国际单位。,(2),计算质量亏损,m,时,正确书写核反应方程是关键,尤其是某个核子或原子核前系数不是,“,1,”,情况。,(3),这类题目运算量比较大,一定要细心演算,有时需要保留几位有效数字。,31/49,【,过关训练,】,1.(,多项选择,)(,全国卷,),一静止铝原子核,俘获一速度为,1.010,7,m/s,质子,p,后,变为处于激发,态硅原子核,Si,*,以下说法正确是,(,),32/49,A.,核反应方程为,p+Si,*,B.,核反应过程中系统动量守恒,C.,核反应过程中系统能量不守恒,D.,核反应前后核子数相等,所以生成物质量等于反应物质量之和,E.,硅原子核速度数量级为,10,5,m/s,方向与质子初速度方向一致,33/49,【,解析,】,选,A,、,B,、,E,。依据质量数和电荷数守恒可得,核反应方程,p+Si,*,A,正确,;,核反应过程中核,力远远大于外力,故系统动量守恒,B,正确,;,核反应过程,中系统能量守恒,C,错误,;,因为反应过程中,要释放大量,能量,即伴伴随质量亏损,所以生成物质量小于反,应物质量之和,D,错误,;,由动量守恒可知,mv=28mv,解得,v=10,7,m/s,故数量级为,10,5,m/s,E,正确。,34/49,2.(,江苏高考,),取质子质量,m,p,=1.672 6,10,-27,kg,中子质量,m,n,=1.674 910,-27,kg,粒子质量,m,=6.646 710,-27,kg,光速,c=3.010,8,m/s,。请计算,粒子结合能。,(,计算结果保留两位有效数字,),35/49,【,解析,】,粒子由两个质子和两个中子组成,依据爱因斯坦质能方程,E=mc,2,可求,:E=(2m,p,+2m,n,-m,)c,2,=4.310,-12,J,。,答案,:,4.310,-12,J,36/49,【,温馨提醒,】,质能方程说明,一定质量物体所含有总能量是一定,等于光速平方与其质量之积。这里所说总能量,不是单指物体动能、核能或其它哪一个能量,而是物体所含有各种能量总和。所以,核反应问题往往和能量守恒定律结合起来考查。,37/49,【,拓展例题,】,考查内容,:,能量守恒定律在核反应中应用,中子,n,、质子,p,、氘核,D,质量分别为,m,n,、,m,p,、,m,D,现用能量为,E,射线照射静止氘核使之分解,反应方程为,:+D=p+n.,若分解后中子、质子动能可视为相等,则中子动能是,_.,38/49,【,思绪点拨,】,能量,E,一部分被氘核吸收,另一部分转化为中子、质子动能,.,39/49,【,正确解答,】,已知质子和中子结合成氘核时,会放出能量,E=(m,p,+m,n,-m,D,)c,2,反过来,将氘核分解成中子和质子需吸收一样多能量,E.,在光子照射下,光子能量中,有一部分,(,等于,E),会被氘核吸收用于分解,剩下能量才转变成中子和质子动能,2E,k,所以有,2E,k,=E-(m,p,+m,n,-m,D,)c,2,然后便可求出中子动能,E,k,.,答案,:,(m,D,-m,p,-m,n,)c,2,+E,40/49,核反应中核能计算基本方法,(1),依据质量亏损计算,步骤以下,:,依据核反应方程,计算核反应前后质量亏损,m;,依据爱因斯坦质能方程,E=mc,2,计算。,计算过程中,m,单位是,kg,c,单位是,m/s,E,单位是,J,。,41/49,(2),利用原子质量单位,u,和电子伏特计算,明确原子质量单位,u,和电子伏特间关系,1u=1.660510,-27,kg,1eV=1.610,-19,J,。,由,E=mc,2,得,E=,42/49,依据,1,原子质量单位,(u),相当于,931.5MeV,能量,用核子结合成原子核时质量亏损原子质量单位数乘,931.5MeV,即,E=m931.5MeV.m,单位是,u,E,单位是,MeV,。,43/49,(3),依据能量守恒和动量守恒来计算核能,参加核反应粒子所组成系统,在核反应过程中动量和能量是守恒。所以,在题设条件中假如没有包括质量亏损,或者核反应所释放核能全部转化为生成新粒子动能而无光子辐射情况下,利用动量和能量守恒能够计算出核能改变。,44/49,【,案例展示,】,H,质量是,3.016 050u,质子质量是,1.007 277u,中子质量是,1.008665u,。则,:,(1),一个质子和两个中子结合为氚核时,是吸收还是放出能量,?,该能量为多少,?,(2),氚核结合能和比结合能各是多少,?,45/49,【,正确解答,】,(1),一个质子和两个中子结合成氚核,核反应方程式是,H+n H,反应前各核子总质量为,m,p,+2m,n,=1.007277u+21.008 665u,=3.024 607u,46/49,反应后新核质量为,m,H,=3.016050u,质量亏损为,m=3.024 607u-3.016 050u,=0.008 557u,因反应前总质量大于反应后总质量,故此核反应为放出能量反应。,释放核能为,E=0.008 557931.5MeV,=7.97MeV,47/49,(2),氚核结合能即为,E=7.97MeV,它比结合能为,=2.66MeV,答案,:,(1),放出能量,7.97MeV,(2)7.97MeV,2.66MeV,48/49,【,易错分析,】,本题易错角度及错误原因分析以下,:,易错角度,错误原因,释放核能计算犯错,(1)计算质量亏损时质量单位有kg和u,对两个单位关系不了解,(2)由E=mc2计算核能时,不了解当m单位是kg时,E单位是J,c=3.0108m/s;当m单位是u时,E单位是MeV,这时要依据1u=931.5MeV进行计算,49/49,
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