核力与结合能教学.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五节 核力与结合能,1/27,原子核组成,原子核是由质子和中子,组成,，质子和中子统称为,核子,电荷数,=质子数,质量数,=质子数+中子数=核子数,2/27,原子核,质子,（带,正电,）,中子,统称为,核子,回顾：,原子核组成,思索：,在原子核那样狭小空间里，带正电质子为何能够挤在一起而不飞散？,猜测：,万有引力？,回顾：,中子,质子,原子核示意图,3/27,原子核半径约为10,-15,m,只相当原子半径万分之一。在这么小空间里带正电质子与质子间库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力10,-36,。而通常原子核是稳定,于是核内还应有另一个力把各种核子紧紧拉在一起,此力称为核力。,核力,m,p,m,p,库仑力,库仑力,万有引力,万有引力,核力,核子靠什么力结合成原子核？,4/27,核力：,能够把核中各种核子联络在一起强大力叫做,核力,核力含有怎样特点呢？,一、核力：,5/27,2.,核力是短程力,。约在 10,-15,m量级时起作用，距离,大于0.8,10,-15,m,时为引力,距离为10,10,-15,m,时核力几乎消失，距离,小于0.8,10,-15,m,时为斥力,。,3.,核力含有饱和性,。核子只对相邻少数核子产生较强引力，而不是与核内全部核子发生作用。,4.,核力含有电荷无关性,。对给定相对运动状态，核力与核子电荷无关。,要真正了解核子间相互作用还要考虑核子组成物,夸克,相互作用。,1.核力是四种相互作用中,强相互作用（强力）,一个表现。,6/27,四种相互作用,（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，而且联络着星系团，决定了宇宙现实状况和未来。,（2）.电磁力：,在原子核外，电磁力使电子结合成份子，使分子结合成液体与固体。,电磁力和万有引力都是,“,长程力,”,，即它们能够作用到无限远距离，,7/27,四种相互作用,（3）.强相互作用：,原子核内，强力将核子束缚在一起。,（4）.弱相互作用：,弱相互作用是引发原子核衰变原因，即引发中子质子转变原因。弱相互作用也是短程力（比强力更短），,1018m，,作用强度比电磁力小。,8/27,二、原子核中质子与中子百分比,9/27,二、原子核中质子与中子百分比,自然界中较轻原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重原子核，中子数大于质子数，越重元素，二者相差越多。,为何会这么呢？,10/27,自然界中较轻原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重原子核，中子数大于质数，越重元素，二者相差越多。,质子数,中子数,理想质子数和中子数相等稳定原子核,实际存在原子核,原因分析：,核越大，核子间距离增大,库仑力与核力均降低，但核力降低快,增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。,若增加中子，与其它核子无库仑力，但有核力，有利于原子核稳定,核力是短程力，若超出其作用范围，增加中子，原子核也不稳定，所以原子序数越大越不稳定。,二、原子核中质子与中子百分比,11/27,因为核力作用范围是有限，假如继续增大原子核，一些核子间距离会大到其间根本没有核力作用，这时即使再增加中子也无济于事，这么核必定是不稳定。,在宇宙演化进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定组合很快就瓦解了，只有200各种稳定原子核长久地留了下来。现在观察到天然放射性元素，则正在瓦解之中。,12/27,某一数值时,某一数值时,相同,13/27,模型分析,宏观模型：,相距很远两个物体，因为万有引力而相互靠近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最终撞在一起，动能变成它们内能散失。两个物体为了结合而失去了一些能量，假如要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。,微观模型：,原子核是核子结合在一起组成，要把它们,分开,，也需要能量，这就是原子核,结合能,。,类比分析：,要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要经过碰撞、施加电场、赋予光子等某种路径让它得到13.6eV 能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核结合能，不过通常把它叫做氢原子,电离能,，而,结合能一词只用在原子核中,。,14/27,因为核子间存在着强大核力，所以核子,结合,成原子核或原子核,分解,为核子时，都伴伴随巨大能量改变,可见，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，要吸收一样能量这个能量,叫做原子核结合能,三、结合能,15/27,结合能,并不是因为核子结合成原子核而,含有,能量，而是为把核子分开而,需要,能量。,比结合能,：结合能与核子数之比，称做为比,结合能,。也叫平均结合能。,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。,三、结合能,16/27,四、质量亏损,1、例题：,中子质量,=1.674910,27,Kg,质子质量,=,1.672610,27,Kg,中子和质子质量和,=,3.347510,27,Kg,氘核质量,=,3.343610,27,Kg,质量差,=,0.003910,27,Kg,17/27,四、质量亏损,2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量降低。,原子核质量小于组成原子核核子质量之和，叫做质量亏损,。,1、例题：,18/27,爱因斯坦质能方程,E=mc,2,式中,c,是真空中光速，,m,是物体质量，,E,是物体能量。,核子,在,结合成原子核,时出现,质量亏损,m,，正表明它们在相互结合过程中,放出了能量,E=,m,c,2,19/27,3、相关问题了解和注意事项,第一.,核反应过程中:,核子结合成原子核时,新核质量,小于,核子质量(,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,核子总质量,大于,原原子核质量.,第二.,核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可了解为组成原子核后,核内每个核子好像“瘦了”一些.,第三.,质量亏损并非质量消失,而是降低质量m以能量形式辐射(动质量),所以,质量守恒定律不被破坏,.,20/27,第四.公式,E=,m,c,2,单位问题,国际单位:,m用“kg”C用“m/s”,E用“J”,惯用单位:,m用“u(原子质量单位)”,1u=1.660566,10,-27,kg,E用“uc,2,”,1uc,2,=931MeV,(表示1u 质量改变相当于931Me V能量改变),P39问题与练习 3.,21/27,当然，,2.19MeV,能量绝对数量并不算大，但这只是组成,1,个氘核所放出能量假如组成是,6.02,10,23,个氘核时，放出能量就十分可观了与之相对照是，使,1,摩碳完全燃烧放出能量为,393.5,10,3,J,折合为每个碳原子在完全燃烧时放出能量只不过,4eV,若跟上述核反应中每个原子可能放出能量相比，二者相差数十万倍,第五.核反应中释放或吸收能量比化学反应中释放或吸收能量大好几个数量级.,22/27,23/27,核子平均质量,平均结合能,核子平均结合能随质量数改变,z,24/27,25/27,课堂练习:,(1)试证实，1原子质量单位u相当于931.50 MeV能量1u=1.6606,-27,kg，光速c=2.997910,8,m/s，1eV=1.602210,-19,J,(2),碳原子质量是,12.000 000 u,，能够看做是由,6,个氢原子,(,质量是,1.007 825u),和,6,个中子组成求核子结合成碳原子核时释放能量,(,在计算中能够用碳原子质量代替碳原子核质量，用氢原子质量代替质子质量，因为电子质量能够在相减过程中消去,),26/27,27/27,