3-4-原子核的结合能(教科版选修3-5)

教科版选修3-5第三章《原子核》3-4原子核的结合能核能-----能源中的后起之秀你了解核能吗？中子质子氘核2.2MeV（）问题一：核能的来源----原子核的结合能1、将核子结合在一起的作用力是什么力？有什么特点？2、请你运用功能关系，解释结合能的产生原因？组成原子核的核子间存在强大的核力。核力使原子核成为一个坚固的集合体，如果我们试图将原子核中的核子拆散为分散的质子和中子，就得克服核力而做巨大的功。反之，把分散的核子充分接近，进入彼此的强相互作用范围内，它们就能结合成一个原子核，同时释放出巨大的能量。这种由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量称为原子核的结合能。它也等于把原子核中各个核子拆开时克服核力所需要做的功。nHH101121HnH211011当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量结合能：将原子核拆散成单个核子需要吸收的能量或是将核子结合成原子核所放出的能量爱因斯坦物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是：2mcE核子在结合成原子核时出现质量亏损，要放出能量，大小为：2mcE质能方程问题二：核能的计算----爱因斯坦的质能方程HHn211110反应前质量/kg反应后质量/kgmn1.6749×10－27m氘3.3436×10－27mp1.6726×10－27总质量总质量3.3436×10－273.3475×10－27在物理上，原子核的质量总是小于组成该核的全部核子独自存在时的总质量，这两者的差额叫做质量亏损Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039×10－27kgHHn211110理论值：2827－2)10×(3.0100.0039=Δmc=ΔEJ131051.3试验值：MevMev19.210106.11051.3619132.22Mev实验证明，质能方程不但适用于计算原子结合能，也适用于其他核反应中核能的计算。有关质量亏损时问题的理解和注意事项第一.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.第二.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.例题1、原子质量单位1u=1.6606×-27kg。试证明，1原子质量单位u相当于931.50MeV的能量．光速c=3×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．解：若质量为1u的原子发生核反应时质量全部亏损，则释放的核能为：JJcmE1028272104945.1)103(106606.1MeVeVeV77.9323277.9106022.1104945.11910如果进行更加精确的计算，则可得：1个原子质量单位u相当于931.5MeV.例题2、已知1个质子的质量mp=1.007277u，1个中子的质量mn=1.008665u.氦核的质量为4.001509u.当2个质子和2个中子结合成氦核时，请写出核反应方程，并由上述数值计算释放的能量。HenH42101122解：该核反应方程是：该反应亏损的质量为：uuuum030375.0001509.4008665.12007277.12所以释放的核能为：MeVMeVE29.285.931030375.0体验：核能的威力有多大？质子和中子结合成氘核释放的核能为2.22MeV，而一个碳原子完全燃烧释放的能量不到4MeV，前者至少为后者的55万倍。也就是说，1kg质子和中子结合成氘核释放的核能相当于完全燃烧550t优质煤的能量，由此可见核反应相对于化学反应释放能量的优势。结合能越大原子核是不是越难被拆散？即结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？U-235Li-6问题三：核稳定程度的量度----比结合能不同的核结合能不同，如何才能反映原子核的稳定程度？1）概念：原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能。2）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。比结合能：结合能核子数=3）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均结合能越大，核越稳定。4）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小,稳定性较差;中等质量核的核子平均结合能较大，稳定性较好。活动：观察比结合能曲线并思考下列问题：1、两个氘核发生核反应变成氦核是吸收还是放出能量？2、一个重核可以分裂为中等质量的核是吸收还是放出能量？例题3、一下关于核力的说法正确的是（）A、核力存在于任何核子之间B、核力只存在于相邻的核子之间C、核力与万有引力性质相同D、核力是一种短程的强作用力BD例题4、联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的是（)A、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B、E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能C、根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能D、ΔE=Δmc2表示发生的质量亏损Δm转变成为能量ΔE释放出来AC例题5、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常数为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是（）A、核反应方程是HnH3110112321)(cmmmhD、γ光子的波长C、辐射出的γ光子的能量ΔE=（m3-m1-m2)c2B、聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3B面对煤和石油利用中产生的温室效应、环境污染等问题，世界各国都对核能的发展给予极大兴趣。核能是一种清洁、安全、技术成熟的能源,但是迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量。结束语