核力与核能ppt课件.ppt

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1、4-1 核力与核能,原子核的组成,中子,质子,统称核子,U,He,H,11,42,235 92,X,AZ,（核）电荷数,质量数,1015m,一.核力及核的稳定性,元素符号,原子核的半径约为10-15m , 只相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的10-36。而通常原子核是稳定的,于是核内还应有另一种力把各种核子紧紧拉在一起, 此力称为核力。,核力,mp,mp,库仑力,库仑力,万有引力,万有引力,核力,核子靠什么力结合成原子核？,核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力,核力具有怎样的特点呢？,2、核力：,2）. 核

2、力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.810-15m时为引力, 距离为1010-15m时核力几乎消失，距离小于0.810-15m时为斥力。,3）. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。,4）.核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。,要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成物夸克的相互作用。,1）. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。,3.核的稳定性,1）.核素：质子数和中子数称核素,核素图,除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）弱力是引起中子质子转变的原因弱相互作用也是短程力，力

3、程比强力更短，为1018m，作用强度则比电磁力小。,2）稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？,核（原子序数轻小于20）的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，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。,3）.稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？,重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电

4、磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。,4） 由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。,二、结合能,将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？,宏观模型：相距很

5、远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。,微观模型：原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。,类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中,结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？,二、结合能,当核子结合成原

6、子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。 结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。,结合能的大小与什么因素有关？,组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。,结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大。,二、结合能,什么是比结合能？为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？,三、质量亏损,物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了m，那么它的能量减小多少？,爱因斯坦的

7、质能方程：Emc2， 能量减小E=mc2,已知中子的质量mn=1.674910-27kg，质子的质量为mp=1.672610-27kg，氘核的质量mD=3.343610-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？,三、质量亏损,将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？,没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以光子释放出去。,将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？,没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于光子的动质量。,什么是质量亏损？质量亏

8、损表明什么？,三、质量亏损,原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。,如右图，哪些原子核最稳定，为什么？,中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大）。,2mol个质子(2g)和2mol中子(2g)结合成一个1mol4e核时释放的能量为：,相当于100吨优质煤燃烧时所释放的化学能。因此，原子核的结合能是非常巨大的。,两个质子和中子结合成一个4e核时释放的能量为：,科学上把含有6.021023个微粒的集体作为一个单位，叫摩。摩尔是表示物质的量（符号是n）的单位，简称为摩，单位符号是mol。 1mol的碳含

9、6.021023个碳原子，质量为12g。 1mol的硫含6.021023个硫原子，质量为32g，1摩任何原子的质量都是以克为单位，数值上等于该种原子的相对原子质量,典例探究,三、质量亏损,例3(B级). 碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。试证明1u相当于931MeV。,证明： 碳原子的摩尔质量为M=12g/mol，所以一个碳原子质量为m=M/NA=1.99310-26kg 所以1u=m/12=M/12NA=1.660610-27kg 代入公式E=mc2得： E=1.492410-10J=931MeV 得证,典例探究,三、质量亏损,ACD,由核子构成的原子核，虽然质子间存在静电排斥

10、力，却结合得非常紧密，因此核子间必然存在强大的吸引力，这种使核子紧密结合在一起的力称为核力。,现在某些方面至今还未认识清楚，从目前的理论和实事，可以说明核力具有以下性质：,（4）核力与电荷无关,（1）核力是短程力,因为核力既能把带电的质子束缚在原子核中，也能把不带电的中子束缚在原子核中，促成质子和中子成双成对地结合。,核力的作用范围只有10-15m的数量级。,一个核子所能相互作用的其他核子的最大数目是有限制的。,（2）核力是强相互作用,（3）核力具有饱和性,（5）核力极短程内存在斥心力,核子不能无限靠近。,课堂练习:,(1)试证明，1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能量1u=1.6606-27kg，光速c=2.9979108m/s，1eV=1.602210-19J (2)碳原子的质量是12.000 000 u，可以看做是由6个氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的求核子结合成碳原子核时释放的能量(在计算中可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量，因为电子的质量可以在相减过程中消去),谢 谢,