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(共23張PPT)
5.3 核力與結合能
fuxi
新課導入
【問題一】原子核的構成？
由中子和質子構成
【問題二】在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？
猜想：萬有引力？
fuxi
新課導入
驗證：質子間的電磁力是萬有引力的1035倍
結論：核子不可能靠自身萬有引力抗衡庫侖斥力。
猜想：存在第三種力——核力，是核力把核子束縛在核內，形成穩定的原子核。
1.知道四種基本相互作用，知道核力的性質。
2.認識原子核的結合能和比結合能的概念。
3.能用質量虧損和質能方程計算核能相關的問題。
4.能簡單解釋輕核和重核內中子數、質子數具有不同比例的原因
fuxi
學習目標
fuxi
新知探究
一、核力與四種基本相互作用
1.核力：
原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結合在一起，形成穩定的原子核.這種作用稱為強相互作用。
2.核力的特點
(1)核力是強相互作用(強力)的一種表現.
(2)核力是短程力，約在10－15 m 數量級時起作用，
距離大于0.8×10-15 m時為引力，
距離小于0.8×10－15 m時為斥力，
距離超過1.5×10-15 m時核力幾乎消失.
(3)核力具有飽和性，每個核子只跟相鄰的核子發生核力作用.
(4)核力與電荷無關。核力與核子電荷無關。
fuxi
新知探究
一、核力與四種基本相互作用
3.四種基本相互作用
（2）電磁力(電磁相互作用)：宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等等，都起源于這些電荷之間的電磁相互作用。電磁力和萬有引力都是“長程力”
（1）萬有引力：引力是自然界的一種基本相互作用，地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現。
（3）強相互作用：原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用。
（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－質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，只有10－18m，作用強度則比電磁力小。
fuxi
典型例題
【例題1】下列說法不正確的是(　　)
A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發生
B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內,形成穩定的原子核,但又不會融合在一起
C.質子間、中子間、質子和中子之間都可能有核力
D.核力是一種弱相互作用力,在其作用范圍內,核力比庫侖力大得多
D
fuxi
新知探究
二、結合能
【問題三】如圖氦原子核是由兩個質子和兩個中子憑借核力結合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量。反過來，4個核子結合成氦原子核要放出能量。
那么，把核子分開需要的能量與核子結合放出的能量有什么關系
fuxi
新知探究
二、結合能
1.結合能:
原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能。
①將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量
②將單個核子結合成原子核所要放出的能量
2.理解：
結合能并不是由于核子結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。
【問題四】結合能的大小與什么因素有關？
組成原子核的核子數，組成原子核的核子數越多，結合能越大。
3.注意：
fuxi
新知探究
二、結合能
如何才能反映原子核的穩定程度？
Li-6
U-235
【問題五】結合能越大原子核是不是越難被拆散？也就是說結合能的大小能不能反映原子核的穩定程度？
fuxi
新知探究
二、結合能
原子核的結合能與核子數之比稱為比結合能，也叫平均結合能。
核子結合成原子核時，平均每個核子所釋放的結合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界提供給每個核子的平均能量。
它反映了一個原子核穩定程度。比結合能越大，原子核越穩定。
1.比結合能：
比結合能
結合能
核子數
=
2.理解：
3.意義：
fuxi
新知探究
二、結合能
4.比結合能曲線：
從圖中可看出：
①不同原子核的比結合能是不一樣的。
②中等質量原子核的比結合能最大，表示原子核不太穩定;
③輕核和重核的比結合能都比中等質量的原子核要小，表示原子核較穩定。
fuxi
典型例題
【例題2】下列關于結合能和比結合能的說法中,正確的有(　　)
A.核子結合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結合能
B.比結合能越大的原子核越穩定,因此它的結合能也一定越大
C.重核與中等質量原子核相比較,重核的結合能和比結合能都大
D.中等質量原子核的結合能和比結合能均比輕核的要大
D
fuxi
典型例題
【例題3】(多選)原子核的比結合能曲線如圖所示，根據該曲線，下列判斷中正確的有（　 　）
A. 核的結合能約為14 MeV
B. 核比核更穩定
C. 兩個核結合成核時釋放能量
D. 核的比結合能比的大
BC
fuxi
新知探究
三、質能方程
2.說明：
1.物體的能量和質量之間存在著某種聯系：
愛因斯坦
愛因斯坦質能方程
（1）質量和能量的不可分割性
（2）一定質量的物體所具有的總能量是一定的。
（3）物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加，則總能量隨之增加；質量減少，總能量也隨之減少，這時質能方程也寫作。
fuxi
典例分析
單個的質子與中子的質量之和為
這個數值與氘核質量之差
與這個質量差相對應的能量為
解：
【例題4】已知中子的質量mn為，質子的質量mp為，氘核的質量mD為，求氘核的比結合能。
fuxi
典例分析
【例題4】已知中子的質量mn為，質子的質量mp為，氘核的質量mD為，求氘核的比結合能。
在核物理中，能量單位常常使用電子伏特(eV)，即
所以，氘核的結合能是
氘核的比結合能為
計算表明氘核的質量比中子和質子的質量之和要小一些．
fuxi
新知探究
四、質量虧損
1.定義：
原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現象叫質量虧損。
(1)核反應過程中:
核子結合成原子核時，新核質量小于核子的質量（質量虧損）,同時以 光子形式釋放核能；
原子核分解為核子時，需要吸收一定能量，核子的總質量大于原原子核的質量。
(2)核反應過程中，質量虧損時，核子個數不虧損（即質量數守恒）。
(3)質量虧損并非質量消失，而是減少的質量以能量形式輻射（動質量），因此在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒。
2.說明：
fuxi
新知探究
四、質量虧損
(1)根據質量虧損計算
①根據核反應方程，計算核反應前、后的質量虧損。
②根據愛因斯坦質能方程計算核能。
其中的單位是千克，的單位是焦耳。
(2)利用原子質量單位u和電子伏特計算
根據1原子質量單位(u)相當于931.5的能量，
用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5，
即。
其中的單位是，的單位是。
3.核能的計算方法
fuxi
典型例題
【例題5】下列說法正確的是(　　)
A．愛因斯坦的質能方程說明了物體質量就是能量，它們之間可以相互轉化
B．由質能方程可知，能量與質量之間存在正比關系，可以用物體的質量作為它所含有的能量的量度
C．核反應中發現的“質量虧損”是消失的質量轉化成的
D．因在核反應中產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒，系統的總能量不守恒
B
fuxi
典型例題
【例題6】關于質能方程，下列說法中正確的是（ ）
A．質量減少，能量就會增加，在一定條件下質量轉化為能量
B．物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值
C．物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程僅是某種特殊條件下的數量關系
D．某一定量的質量總是與一定量的能量相聯系的
BD
fuxi
典型例題
【例題7】在某些恒星內，3個粒子結合成1個原子，原子的質量是，原子的質量是。已知，則下列描述錯誤的是( )
A. 反應過程中的質量虧損是
B. 反應過程中的質量虧損是
C. 反應過程中釋放的能量是
D. 反應過程中釋放的能量是
D
核力與結合能
fuxi
課堂小結
核力與四種基本相互作用
結合能
比結合能
質量虧損：質能方程

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