1、,第十九章：原子核,第 5 節(jié)：核力與結(jié)合能,1.知道核力的概念、特點(diǎn)及自然界存在的四種基本相互作用； 2.知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大 而減小； 3.理解結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損； 4.知道愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。,先讓學(xué)生完成預(yù)讀課文，將主要知識(shí)點(diǎn)大概了解一遍，然后提出問(wèn)題由學(xué)生自主討論，達(dá)到會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能；培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、推理能力，掌握結(jié)合能的概念、愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關(guān)系。,組成原子核的核子之間有很強(qiáng)的相互作用,使核子能夠克服庫(kù)侖斥力 而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱(chēng)為核力。,一、核力

2、與四種基本相互作用,1.什么是核力,2.核力是短程力,3.核力的飽和性,每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力的作用。,三、結(jié)合能,1、結(jié)合能,把原子核分解為獨(dú)立的核子，需要克服強(qiáng)大的核力做功，因此需要吸收能力；或核力把核子結(jié)合在一起放出的能量，稱(chēng)為原子核的結(jié)合能。,2、比結(jié)合能,結(jié)合能與核子數(shù)之比稱(chēng)為比結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合的越牢固，原子核越穩(wěn)定。,四、質(zhì)量虧損,1、質(zhì)量虧損,核反應(yīng)前與反應(yīng)后的總質(zhì)量之差稱(chēng)為質(zhì)量虧損。,2、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,3、核能的計(jì)算,答案：組成原子核的相鄰核子間存在著核力。,原子核是由中子和質(zhì)子組成的，在原子核狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子為什么能擠在一起而不

3、飛散？,原子核的組成,電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù) 質(zhì)量數(shù)A=質(zhì)子數(shù)Z +中子數(shù)N =核子數(shù),原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱(chēng)為核子。,原子核的半徑約為10-15m , 只相當(dāng)原子半徑的萬(wàn)分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力是很大，萬(wàn)有引力太小，只有庫(kù)侖力的10-36。而通常原子核是穩(wěn)定的,于是核內(nèi)還應(yīng)有另一種力把各種核子緊緊拉在一起, 此力稱(chēng)為核力。,核子靠什么力結(jié)合成原子核？,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。,核力具有怎樣的特點(diǎn)呢？,一、核力：,2. 核力是短程力。約在 10-15m量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.810-15m時(shí)為引力, 距離為1010-15m時(shí)

4、核力幾乎消失，距離小于0.810-15m時(shí)為斥力。,3. 核力具有飽和性。核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。,4. 核力具有電荷無(wú)關(guān)性。對(duì)給定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，核力與核子電荷無(wú)關(guān)。,要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物夸克的相互作用。,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)。,除核力外原子核內(nèi)還存在 弱相互作用（弱力）, 弱力是引起中子質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因, 弱相互作用也是短程力，力程比強(qiáng)力更短，為1018m， 作用強(qiáng)度則比電磁力小。,二、原子核中質(zhì)子與中子的比例,1.原子核中的質(zhì)子數(shù)又稱(chēng)為原子序數(shù)。,3.輕核：排在周期表比較靠前的原子核叫

5、輕核。,一般輕核的質(zhì)子和中子數(shù)相等(N=Z)。 例如，氦4的原子核，各有2個(gè)質(zhì)子和中子。,大多數(shù)重核是中子多于質(zhì)子(NZ)。 例如，金197有79個(gè)質(zhì)子和108個(gè)中子。,2.重核：排在周期表比較靠后的元素對(duì)應(yīng)的原子核叫重核。,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(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。,為什么會(huì)這樣呢？,核越來(lái)越大，有些核子間的距離越來(lái)越遠(yuǎn)。隨著距離的增加，核力與電磁力都會(huì)減小，但核力減小得更快。所以，原子核大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。這時(shí)，如果不再成對(duì)地

6、增加核子，而只增加中子，中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定。由于這個(gè)原因，穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。,由于核力的作用范圍是有限的，如果繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒(méi)有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子也無(wú)濟(jì)于事，這樣的核必然是不穩(wěn)定的。 在宇宙演化的進(jìn)程中，各種粒子有機(jī)會(huì)進(jìn)行各種組合，但那些不穩(wěn)定的組合很快就瓦解了，只有200多種穩(wěn)定的原子核長(zhǎng)久地留了下來(lái)?，F(xiàn)在觀察到的天然放射性元素，則正在瓦解之中。,由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化。,可見(jiàn)，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定

7、能量；原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量。這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能。,三、結(jié)合能,結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開(kāi)而需要的能量。,比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱(chēng)做為比結(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。,1、例題：,中子的質(zhì)量 =1.67491027Kg 質(zhì)子的質(zhì)量 = 1.67261027Kg 中子和質(zhì)子的質(zhì)量和 = 3.34751027Kg 氘核的質(zhì)量 = 3.34361027Kg 質(zhì)量差 = 0.00391027Kg,質(zhì)量虧損：原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組

8、成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。,四、質(zhì)量虧損,式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。,愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,E=mc2,核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損m，正表明它們?cè)诨ハ嘟Y(jié)合過(guò)程中放出了能量。,E=mc2,3、有關(guān)問(wèn)題的理解和注意事項(xiàng),1. 核子結(jié)合成原子核時(shí),新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損),同時(shí)以光子形式釋放核能;,3.核反應(yīng)過(guò)程中,質(zhì)量虧損時(shí),核子個(gè)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(gè)核子仿佛“瘦了”一些。,4.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(dòng)質(zhì)量),因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。,2.原子核分解為核子時(shí),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。,4.公式E=mc2 的單位問(wèn)題,國(guó)際單位:m用“kg” ,C用“m/s”,E用“J”,常用單位: m用“u(原子質(zhì)量單位)” 1u=1.66056610-27kg, E用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u的質(zhì)量變化相當(dāng)于931MeV的能量改變),當(dāng)然，2.19MeV的能量的絕對(duì)數(shù)量并不算大，但這只是組成1個(gè)氘核所放出的能量。如果組成的是6.021023個(gè)氘核時(shí)，放出的能量就十分可觀了