高中物理选修35第19章第5节核力与结合能市公开课一等奖省优质课赛课一等奖课件.pptx

物理课室,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,*,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,*,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5节 核力与结合能,第1页,第四节 核力与结合能,目标：,1、知道核力概念及其性质。,2、认识原子核结合能,3、了解平均结合能。,4、会利用质能方程求解结合能。,第2页,回顾：,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,第四节 核力与结合能,提出问题：,质子间存在着巨大库伦斥力，那为何质子没有被排斥开，反而还紧紧结合在一起呢？,猜测：,万有引力？,第3页,原子核组成,中子,质子,统称,核子,U,He,H,1,1,4,2,235,92,X,A,Z,（核）电荷数,质量数,一,.,原 子 核 组 成,10,15,m,元素符号,核力及其性质,第4页,一 核力及其性质,质子相互间距r数量级为10,-15,m；质子质量m数量级为10,-27,kg，质子电量e数量级为10,-19,C；万有引力常量G数量级为10,-11，,静电力常量k数量级为10,9。,估算库仑力与万有引力之比？,解：,分析论证,结论：,原子核中质子要靠本身万有引力来抗衡相互间库仑力是不可能。,再猜测：,在核子之间一定存在着第三种力使核子能紧密结合在一起。,核力,。,第5页,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？,二、核力：,第6页,2.,核力是短程力,。约在,10,-15,m,量级时起作用，距离,大于,0.810,-15,m,时为引力,距离为,1010,-15,m,时核力几乎消失，距离,小于,0.810,-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。,第7页,除核力外原子核内还存在,弱相互作用（弱力）,弱力是引发,中子质子,转变原因,弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为,10,18,m,，作用强度则比电磁力小。,第8页,*,三、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？,原子核中质子数又称为原子序数,周期表中比较靠后元素对应原子核叫重核，靠前叫轻核。,第9页,原子核中质子和中子百分比,稳定,轻核,（原子序数小于,20,）,质子数和中子数有何特点,？你能分析其中,原因,吗？,轻核（原子序数小于,20,）质子数和中子数,大致相等,；对轻核而言，,核子数量相对较小,，核子,间距处于核力作用范围之内,，因为,核力远大于电磁力,，即使质子和中子成对出现，强大核力也能够将核子紧紧地束缚在原子核范围之内，形成稳定原子核。,第10页,稳定,重核,（原子序数大于,20,）,质子数和中子数有何特点,？你能分析其中,原因,吗？,原子核中质子和中子百分比,重核（原子序数大于,20,）质子数小于中子数；对于,重核,而言,，,核子数量大，核子间距也大，因为核力饱和性，核力会因为核子间距变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。,假如质子和中子再成对出现，原子核不稳定；假如只,增加中子,，因为中子之间不存在库仑力，但有相互吸引核力，所以,有利于维系原子核稳定,，所以重核内中子数会显著大于质子数,。,第11页,原子核中质子和中子百分比,不能,；因为,核力作用范围是有限,，以及,核力饱和性,，假如我们我们继续增大原子核，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，形成核也一定是不稳定。,若不停,增大,原子核,中子数,，能不停,增大原子核吗,？为何？,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。,第12页,核,越来越大，有些核子间距离越来越远。伴随距离增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更加快。所以，原子核大到一定程度时，相距较远质子间核力不足以平衡它们之间库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，假如不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其它核子没有库仑斥力，但有相互吸引核力，有利于维系原子核稳定。因为这个原因，稳定重原子核里，中子数要比质子数多。,第13页,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。,第14页,二 结合能,要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收巨大能量。,依据功效关系，理由是什么？,第15页,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，因为核子间存在强大核力，要把原子核拆散成核子，要克服核力做功，必须吸收一定能量反之，依据能量守恒，核子结合成原子核时，也会放出一样多能量。这个能量叫做,原子核结合能。结合能能够以光子形式放出来。,二、结合能,分解：,结合：,为光子，其能量,2.2MeV,，反应才能发生,第16页,二 结合能,当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生,一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV能量结合能：,将原子核拆散成单个核子需要吸收,能量或是将核子结合成原子核所放出能量,第17页,【思索】：,结合能越大原子核是不是越难被拆散？,即：结合能大小能不能反应原子核稳定程度？,三 平均结合能,怎样才能反应原子核稳定程度？,U-235,Li-6,第18页,三 平均结合能,1）概念：,原子核结合能与核子数之比,2）了解：,核子结合成原子核时，平均每个核子所释放结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子平均能量。,2、平均结合能：,结合能,核子数,=,3）意义：,它反应了一个原子核稳定程度。,平均结合能越大，核越稳定。,第19页,第20页,从图象上看，哪一个原子平均结合能更大？,第21页,四、质量亏损,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,问题分析：质子与中子结合成氘核,前后总质量差异,第22页,四、质量亏损,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,。,可见，核反应前后，总质量并不相等！,第23页,对比爱因斯坦质能方程,E=mc,2,核子,在,结合成原子核,时出现,质量亏损,m,，与它们在相互结合过程中,放出能量是否存在某种对应关系呢？,质量亏损思索：,E,mc,2,？,结论：以上等式确实成立，表明,质量亏损与能量改变有着亲密联络,第24页,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,.,第25页,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=1.66056610,-27,kg,E,用“,uc,2,”,1uc,2,=931MeV,(,表示,1u,质量改变相当于,931MeV,能量改变,),P82,问题与练习,3.,第26页,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,.,第27页,(1),物体含有能量跟它质量存在着简单正比关系.,对质能方程了解E=mc,2,了解,四 质能方程 E=mc,2,（2）任何质量为m物体都含有大小相当于mc,2,能量。任何一部分能量也都与一定质量向对应。,（3）物体质量发生改变，相对应能量也会改变。,第28页,m,1,m,2,m,3,依据质能方程E=mc,2,和能量守恒定律，推导出,光子能量(即氘核结合能）,并总结出求结合能方法。,方法：,计算结合能时，先计算质量亏损,m，在带入质能方程求出结合能,四 质能方程,E=mc,2,E,第29页,计算结合能时，先计算质量亏损,m，在带入质能方程求出结合能,方法：,推广,推广,计算任意核反应中释放核能，先计算质量亏损,m，在带入质能方程求出核能。,核能,质量亏损,三 质能方程 E=mc,2,第30页,【讨论与交流】,四 质能方程 E=mc,2,1、质量和能量是两个完全不一样概念，它们表征对象不一样，相互之间不能转化。,下面说法是否正确。并说明理由。,（1）,由质能方程E=mc,2,，可推得E=mc,2,这说明质量就是能量，质量能够转化为能量。,2、质能方程揭示了质量与能量不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上关系。决不是这两个量相互转化。,（2）,关系式E=mc,2,中质量亏损表明在核反应时,质量不守恒。,第31页,四 质能方程 E=mc,2,【讨论与交流】,下面说法是否正确。并说明理由。,（2）关系式E=mc,2,中质量亏损表明在核反应时,质量不守恒。,1、质量包含静止质量和运动质量两部分组成,2、E=mc,2,中m能够了解为静止质量亏损，,也能够了解为释放能量E对应运动质量增加,3、所以质量亏损不能简单地认为质量降低，质量亏损本质是静止质量亏损转化为运动质量，是质量守恒在核反应中客观表达,m,1,m,2,m,3,E,第32页,目标检测,1、一下关于核力说法正确是 （）,A、核力存在于任何核子之间,B、核力只存在于相邻核子之间,C、核力与万有引力性质相同,D、核力是一个短程强作用力,B、D,考查点：核力性质,第33页,目标检测,2、联合国将年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学巨大贡献。对于爱因斯坦提出质能方程E=mc2，以下说法中正确是（),A、E=mc2表明物体含有能量与其质量成正比,B、E=mc2中E表示发生核反应过程中释放核能,C、依据E=mc2 能够计算核反应中释放核能,D、E=mc2 表示发生质量亏损 m转变成为能量 E释放出来,A、C,第34页,3、当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量，设氘核质量为m,1,，氚核质量为m,2,，氦核质量为m,3,中子质量为m,4,则反应过程中释放能量为：（）,目标检测,A,、,C、,D,、,B,、,C,核反应方程为：,第35页,目标检测（拓展）,4、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个,光子。已知质子、中子、氘核质量分别为m,1,、m,2,、m,3,，普朗克常数为h，真空中光速为c，以下说法正确是,（）,A、核反应方程是,D、,光子波长,C、辐射出,光子能量,E=（m,3,-m,1,-m,2,)c,2,B、聚变反应中质量亏损,m=m,1,+m,2,-m,3,B,第36页,小结,1、核子之间强相互作用力叫_。主要特点是_,_.,2、当核子结合成原子核时要_(“吸收”或“放出”)一定能量，原子核分解成核子时，要_(“吸收”或“放出”)一样能量，这个能量叫做原子核结合能。,3、结合能与核子数之比称_,平均结合能_(“越大”“越小”)表示原子核中核子结合得越牢靠，原子核越稳定。,4、求解原子核结合能方法是：,核力,短程力,强相互作用（强力）,吸收,放出,平均结合能,越大,第37页,依据爱因斯坦质能方程,E,=,mc,2，,物质内贮藏着巨大能量，问题是怎样使贮藏能量释放出来，供人类所使用，迄今为止，人类所利用能量还只是很小一部分，假如人类在探索中能掌握新方式，以产生更大质量亏损，也就必定能够取得更为可观能量，这对处理人类能源危机含有主要意义。,结束语,这个光荣而由艰巨任务，就有同学们去完成了！,第38页,