第三節

核力和核能

教學課件TeachingCourseware20XX.XX.XX第五章原子核與核能高中物理魯科版（2019）選擇性必修第三冊1.知道核力的概念、特點和四種基本相互作用2.理解結合能和比結合能的概念3.認識原子核的質量虧損,并能應用質能方程進行相關的計算素養目標新課導入npnp質子中子10-15m猜想：萬有引力？原子核是由中子和質子構成的(如圖)。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？核力mpmp庫侖力庫侖力萬有引力萬有引力核力新課講解Newlessonexplanation新課講解一、核力與核的穩定性1.核力把原子核中的核子維系在一起的力。2.力程：力的作用范圍稱為力程。（1）核力是短程力，只在2fm的范圍內起作用，不能延伸到另一個原子核(3fm)；1fm=10-15m（2）當兩核子間的距離減小時，核力迅速小，到一定值時，核力表現為斥力；（3）核力是一種強相互作用。1質子+2中子→←2質子+1中子3.核力的特點：新課講解新課講解4.核的穩定性指具有一定數目質子和一定數目中子的一種原子核。1）核素：2）核素圖：1、穩定的核素幾乎都在一條曲線上，或靠緊曲線兩側。2、較輕的核素，N=Z；較重的核素N>Z，且越重差距越大。

核子數越多，核越大，核力就會越小，且質子與電子的庫侖力越大，要穩定只有增多中子的數目來增大核力抵消庫侖力。新課講解二、四種基本相互作用自然界中所有的作用力，從本質來說都可歸結為四種基本的相互作用：引力相互作用電磁相互作用所有物體之間都存在的一種相互作用。日常生活中的物體和微觀粒子，它們之間的引力非常微弱，可忽略不計。但對于質量較大的天體，引力則是它們之間的主要作用力。電磁相互作用是電荷間、磁體間或電荷與磁體間的相互作用。摩擦力、彈力等接觸力都是大量原子、分子之間電磁相互作用的宏觀表現。能在宏觀世界里顯示其作用，二者是長程力新課講解強相互作用弱相互作用短程力，作用范圍在原子核尺度內。核子間的核力是由強相互作用引起的，質量數相同的不同原子核之間的轉換就是由弱相互作用引起的。按由強到弱排列：強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。弱力是引起中子－質子轉變（β衰變）的原因。弱相互作用也是短程力，力程比強力（強相互作用）更短，為10-18m

作用強度則比強力小。新課講解為什么較輕的原子核質子數與中子數大致相等,但對于較重的原子核中子數大于質子數,越重的原子核,兩者相差越多?質子之間除了核力外,還有正電荷之間的庫侖斥力,而中子和質子之間只有核力,沒有庫侖斥力。質量數較大的原子核中,中子數較多,可以緩解質子之間的庫侖斥力的影響,因此質量數越多、質子數相對較多的原子核中,就需要更多的中子來維持核的穩定,因此,在大而穩定的原子核中,中子數量多于質子。新課講解三、結合能與平均結合能宏觀模型相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內能散失掉了。兩個物體為了結合而付出了代價——失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量12新課講解要使電子電離，也就是要給予足夠的能量使電子脫離原子，這個能量叫做氫原子的電離能微觀模型新課講解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。微觀模型新課講解1.結合能原子核中，核子與核子之間存在核力，要將核子從原子核中分離，需要外力克服核力做功。當自由核子結合成原子核時，核力將做功，會釋放能量。人們把核子結合成原子核所釋放的能量稱為原子核的結合能。2.質量虧損

實驗發現，任何一個原子核的質量總是小于組成它的所有核子的質量之和，這一差值稱為質量虧損。可知，核子結合成原子核時，釋放出的結合能是：用Δm表示質量虧損根據愛因斯坦質能方程E=mc2ΔE=Δmc2對質能方程E＝mc2的理解新課講解(1)質能方程E＝mc2說明一定的質量總是跟一定的能量相聯系。具體地說，一定質量的物體所具有的總能量是一定的，E不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。(2)根據質能方程E＝mc2，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。(3)根據質能方程ΔE＝Δmc2，核反應過程中發生的質量虧損，并不是消失了，減少的質量Δm在核子結合成原子核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。對質能方程E＝mc2的理解新課講解3.平均結合能原子核的結合能與其核子數有關。原子核的結合能與其質量數之比稱為該核的平均結合能，又稱為比結合能。

平均結合能是核子結合成原子核時每個核子平均釋放的能量，也是把原子核分解成自由核子時每個核子平均吸收的能量，反映了原子核結合的穩定程度或分裂的難易程度。顯然，平均結合能越大，原子核越難分離成單個，核子越穩定。新課講解核的平均結合能比中等質量核的平均結合能小。重核容易裂變為中等質量的核而釋放出能量。輕核的平均結合能比稍重的核的平均結合能小。輕核如果聚變為中等質量的核也要釋放能量。經典例題ClassicExample經典例題(1)核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發生。(

)(2)原子核中,質子與質子間有核力,質子和中子間沒有核力。(

)(3)在原子核中,質子數和中子數總是相等的。(

)(4)核外電子與原子核間的萬有引力和庫侖力大小相當。(

)√×××經典例題2、下列關于結合能和平均結合能的說法中，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．平均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，重核的結合能和平均結合能都大D．中等質量原子核的結合能和平均結合能均比輕核的要大D經典例題

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