4-1核力与核能

4-1核力与核能原子核的组成中子质子统称核子UHeH114223592XAZ（核）电荷数质量数1.原子核的组成10－15m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mpmp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）.核力是短程力。约在10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力,距离为10×10-15m时核力几乎消失，距离小于0.8×10-15m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10－18m，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①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②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。③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④什么是比结合能？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①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？爱因斯坦的质能方程：E＝mc2，能量减小ΔE=Δm·c2②已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。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③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γ光子释放出去。④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γ光子的动质量。⑤什么是质量亏损？质量亏损表明什么？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。⑥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）。JE12105335.42mol个质子(2g)和2mol中子(2g)结合成一个1mol4Ｈe核时释放的能量为：JE12107302.2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4Ｈe核时释放的能量为：28272)109979.2(1066055.1030377.0mcE科学上把含有6.02×10^23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6.02×10^23个碳原子，质量为12g。1mol的硫含6.02×10^23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=1.993×10-26kg所以1u=m/12=M/12NA=1.6606×10-27kg代入公式E=mc2得：E=1.4924×10-10J=931MeV得证典例探究三、质量亏损A.反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和B.反应前后质量数不变，因而质量不变C.核子结合成核时，一定释放核能D.γ光子具有的能量为2mcm例2（B级）.中子和质子结合成氘核，同时释放γ光子，核反应方程是,下列说法正确的是（）为核反应中的质量亏损102111HH+nACD由核子构成的原子核，虽然质子间存在静电排斥力，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931.50MeV的能量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．(2)碳原子的质量是12.000000u，可以看做是由6个氢原子(质量是1.007825u)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