1、第十九章 原子核,原子核,質(zhì)子（帶正電）,中子,統(tǒng)稱為核子,回顧：原子核的組成,思考：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子為什么能夠擠在一起而不飛散？ 猜想：萬有引力？ 回顧：,驗(yàn)證： 間距r 數(shù)量級10-15m；質(zhì)量m 數(shù)量級10-27kg；電量q 數(shù)量級10-19C；引力常量G數(shù)量級10-11；靜電力常量 k 數(shù)量級109 。 結(jié)論：質(zhì)子間的電磁力是萬有引力的1035倍 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(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。,一、核力及其性質(zhì),1. 核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。,核力有哪些特點(diǎn)？,2. 核力是

2、短程力。約在 10-15m量級時起作用，距離大于0.810-15m時為引力, 距離為1.510-15m時核力幾乎消失，距離小于0.810-15m時為斥力，因此核子不會融合在一起。,1. 核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。在原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。,3. 核力具有飽和性。每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱之為核力的飽和性。,特 點(diǎn),1.萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來。,四種相互作用,3.強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在 一起。,2.電磁力：在原子核外，電磁力使電子結(jié)

3、合成分子，使分子結(jié)合成液體與固體。 電磁力和萬有引力都是“長程力”，即它們可以作用到無限遠(yuǎn)的距離，當(dāng)然距離越遠(yuǎn)，力就越小,4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰變的原因，即引起中子質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為1018m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。,例1.(多選)核力的特點(diǎn)是() A.核力是一種強(qiáng)相互作用 B.核力是一種長程力，任意兩個核子間都存在核力 C.核力只發(fā)生在質(zhì)子之間或質(zhì)子和中子間，中子間不存在核力 D.核力具有飽和性 【解析】選A、D。核力是一種強(qiáng)相互作用，A正確；但是核力是一種短程力，僅僅存在于相鄰的核子之間，相鄰的核子可以是質(zhì)子和質(zhì)子，也可以是質(zhì)子和中

4、子，還可以是中子和中子，因此B、C錯誤，D正確。,AD,二、原子核中質(zhì)子與中子的比例,自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。,質(zhì)子數(shù),中子數(shù),理想的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的穩(wěn)定原子核,實(shí)際存在的原子核,原因分析：,核越大，核子間距離增大,庫侖力與核力均減少，但核力減少快,增大到一定程度時，核力較少，不足以平衡庫侖力時，原子核會不穩(wěn)定。,若增加中子，與其它核子無庫侖力，但有核力，有助于原子核穩(wěn)定,核力是短程力，若超過其作用范圍，增加中子，原子核也不穩(wěn)定，所以原子序數(shù)越大越不穩(wěn)定。,1.為什么核電荷數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定？ 提示：核

5、電荷數(shù)越多的原子核中，有些核子之間的距離越來越大，隨著距離增大，核力和質(zhì)子間的斥力都減小，但核力減小得更快，當(dāng)原子核大到一定程度時，核力會小于質(zhì)子間的斥力，原子核就不穩(wěn)定了。 2.核力與核子是否帶電有沒有關(guān)系？ 提示：核力不只發(fā)生在質(zhì)子間，也發(fā)生在中子間或質(zhì)子與中子間，與核子是否帶電無關(guān)。,三 結(jié)合能,要將原子核拆散成單個核子，一定要吸收巨大的能量,當(dāng)光子能量等于或大于2.22MeV時，這個反應(yīng)才會發(fā)生,一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量,可見，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量這個能量叫做原子核的結(jié)合能,注意：結(jié)合能并不是由于核子結(jié)

6、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,說明：,比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。,2、比結(jié)合能,自然，原子核越大，它的結(jié)合能越高。因此，有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。,中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。,例2 關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是（ ） .原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B.一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能 C. 銫原子核( )的結(jié)合能小于鉛原

7、子核( )的結(jié)合能 D.比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定 .自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能最大于該原子核的結(jié)合能,ABC,【解析】選A、B、C。結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量，選項(xiàng)A正確；一重原子核衰變成粒子和另一原子核，存在質(zhì)量虧損，核子比結(jié)合能增大，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能，選項(xiàng)B正確；核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，選項(xiàng)C正確；比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能，比結(jié)合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩(wěn)定，選項(xiàng)D錯誤；自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)E錯誤。,從相對論得出，物體的能量和質(zhì)量之間存在如下密切聯(lián)系。,四、愛因斯坦的質(zhì)能方

8、程,表明：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在著簡單的正比關(guān)系。,把組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損。,核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以要放出能量，大小為：,*質(zhì)量虧損,請計算核反應(yīng)釋放的能量,愛因斯坦的質(zhì)能方程：Emc2,m= 0.00391027Kg,質(zhì)量虧損:,E= mc2,= 0.003910-27(3108) 2J,= 3.5110-13 J,又1eV= 1.6010-19 J, E = 2.19106 eV= 2.19 MeV,書上P81例題,質(zhì)量虧損表明：原子核內(nèi)的確存在著結(jié)合能。,核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損m,比結(jié)合能為:,中等大小的核的比結(jié)合

9、能最大（平均每個核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。,1、核子結(jié)合成原子核，新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)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(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量. 2、核反應(yīng)過程中，質(zhì)量虧損時，核子個數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒)，可理解為組成原子核后,核內(nèi)每個核子仿佛“瘦了”一些. 3、質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動質(zhì)量)，因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。,有關(guān)問題的理解和注意事項(xiàng),4、國際單位： 常用單位: m用“u”(原子質(zhì)量單位) 1u=1.66056610-27kg， c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-

10、19J E用“m c2”， 1u=931MeV (表示1u 的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變) 5、核反應(yīng)中釋放或吸收的能量比化學(xué)反應(yīng)中釋放或吸收的能量大好幾個數(shù)量級.,m用“kg”，c用“m/s”， E用“J”,【例3】 下列說法中，正確的是() A愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 B由Emc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏的能量的量度 C核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?D因?yàn)樵诤朔磻?yīng)中產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒,B,【例4】 (多選) 關(guān)于質(zhì)能方程，下列

11、哪些說法是正確的() A質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 B物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值 C物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系 D某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的,BD,課后題1,從以下幾個方面比較核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)的相同和不同之處 （1）它們分別涉及四種基本相互作用的哪一種？ （2）每種反應(yīng)分別改變了或重新安排了什么？,課后3,例3 碳原子質(zhì)量的 1/12 叫做原子質(zhì)量單位，用u 表示。試證明1u 相當(dāng)于931 MeV。,證明： 碳原子的摩爾質(zhì)量為M=12g/mol，所以一個碳原子質(zhì)量為m=M/NA=1.9931

12、0-26kg 所以1u=m/12=1.660610-27kg 代入公式E=mc2得： E=1.492410-10J=931MeV,問題與練習(xí)參考答案：P82 2、根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知E=mc2。由于光速很大，我們通?？吹降奈矬w能量的變化量對應(yīng)的質(zhì)量變化量很小，因此我們覺察不到質(zhì)量變化 4. 1. 02103m,1(多選)對于核力，以下說法正確的是( ) A核力是弱相互作用，作用力很小 B核力是強(qiáng)相互作用，是強(qiáng)力 C核子之間的距離小于0.81015m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起 D核力就是電磁力,BC,2對公式Emc2，下列說法正確的是( ) A能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量 B質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量

13、 C能量的轉(zhuǎn)化與質(zhì)量的轉(zhuǎn)化是成比例的 D在核反應(yīng)中，能量與質(zhì)量都不守恒,C,3、(多選)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識，下列說法正確的是() A.核子結(jié)合為原子核時，一定釋放能量 B.核子結(jié)合為原子核時，可能吸收能量 C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,AD,【規(guī)范解答】選A、D。由自由核子結(jié)合成原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量。反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗?，它需要吸收相?yīng)的能量，該能量即為結(jié)合能，故A正確，B錯誤；對核子較多的原子核的結(jié)合能越大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故C錯誤，D正確。,4.(2014北京高考)質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3。當(dāng)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)() A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2 【解析】選C。由題意可知，質(zhì)量的變