核力与结合能课件.ppt

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1、第一节 核力与核能,原子核的组成,原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子电荷数=质子数相对质量（质量数）=质子数+中子数=核子数,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倍。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,核力的特点：,一、核力：,2.核力是短程力。约在 10-15m量级时起作用，距离大于0.8

2、10-15m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。,1.核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种表现。（四种相互作用力分别是引力、电磁力、弱力、强力。）,核素图与核的稳定性,自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。,为什么会这样呢？,核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距较

3、远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。,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。,由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核

4、或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化,可见，当核子结合成原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,二、结合能,平均结合能：结合能与核子数之比，称做为平均结合能。平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。,一、核力与核能,结合能与平均结合能原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量。平均结合能：是指核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量，也是把原子核重新分解成自由核子时每个核子平均吸收的能量。平均结合能越大，原子核越难分离。,特点：1、重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能小，重核裂变成中等质量的核会放出能量。2、轻核

5、的平均结合能比稍重的核的平均结合能小，轻核聚集成较重的核会放出能量。,一、核力与核能,质能方程与质量亏损Emc2E mc2实验发现，任何一个原子核的质量总是小球组成它的所有核子的质量之和，这一差值叫做质量亏损。,三、质量亏损,1、例题：,中子的质量=1.67491027Kg 质子的质量=1.67261027Kg 中子和质子的质量和=3.34751027Kg 氘核的质量=3.34361027Kg 质量差=0.00391027Kg,2、质量亏损：原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。,爱因斯坦质能方程 E=mc2 式中c

6、是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量。,核子在结合成原子核时出现的质量亏损m，正表明它们在互相结合过程中放出了能量E=mc2,3、有关问题的理解和注意事项,第一.核反应过程中:核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质量(质量亏损),同时以光子形式释放核能;原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子的总质量大于原原子核的质量.,第二.核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛“瘦了”一些.,第三.质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.,第四.公式E=mc2 的单位问题,国际单位:m

7、用“kg”C用“m/s”E用“J”,常用单位:m用“u(原子质量单位)”1u=1.66056610-27kg E用“uc2”1uc2=931.56MeV(表示1u 的质量变化相当于931.56Me V的能量改变),第五.核反应中释放或吸收的能量比化学反应中释放或吸收的能量大好几个数量级.,2、一个氢原子质量是，一个锂原子的质量是，一个氦原子的质量是，则当一个锂核受到一个质子的轰击，变成两个氦核时所释放的能量是多少？,1.673610-27kg,11.650510-27kg,6.646610-27kg,有人说，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能是质量变成了能量，说法是否正确？按爱因斯坦相对论，物体的质量与速度有关，速度越大，物体的质量越大，当物体的速度小于光速时，运动质量和静止质量差别不大，前面质子、中子、原子核的质量均为静止质量，质量亏损是静止质量发生了变化，能量以光子形式辐射出去，光子无静止质量。光子运动质量为：光子能量/c2。实际上减少的质量=光子运动质量。反应前后总质量守恒，并非质量转化为能量。,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，力程比强力更短，为1018m，作用强度则比电磁力小。,