5.原子核的结合能-核能(上课课件).pptVIP

思考：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？ 猜想：万有引力？ 理论验证：质子相互间距数量级是10-15m；质子质量数量级10-27kg 质子量电量数量级10-19C；万有引力常量数量级10-11静电力常量数量级109 结论：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间。 是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。 1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。 四种相互作用 3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。 电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限远的距离，当然距离越远，力就越小 4.弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小。 核力具有怎样的特点呢？ 2. 核力是短程力。约在10-15m量级时起作用。 3. 核力具有饱和性。核力只对相邻核子产生较强作用。 4. 核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 1. 核力是强相互作用力。 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。 原子核大到一定程度时，相距较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。 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。 所以，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。这就是重核有天然放射性的原因。 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。 结论：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。 原子核中质子与中子的比例 质子数 中子数 理想的质子数和中子数相等的稳定原子核 实际存在的原子核 原因分析： 核越大，核子间距离增大 库仑力与核力均减少，但核力减少快 增大到一定程度时，核力较少，不足以平衡库仑力时，原子核会不稳定。 若增加中子，与其它核子无库仑力，但有核力，有助于原子核稳定 核力是短程力，若超过其作用范围，增加中子，原子核也不稳定，所以原子序数越大越不稳定。 核反应：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。　　　　　　　　　　　　　　　　　 １、核反应中质量数与电荷数守恒； ２、核反应是原子核的变化，化学反应是核外电子的变化。 化学反应往往要吸收热或放热。 核反应也伴随着能量的变化。 核能----在核反应中放出的能量。 核能是从哪里来的呢？ 由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化． 二、结合能 如： 比结合能：结合能与核子数之比，称做为比结合能。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。 解释：核子结合原子核时，核力要做正功要释放能量，这就是原子核的结合能。 原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要克服核力做功，也需要能量，这就是原子核的结合能。 结合能分析 类比：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。 一个质子和一个中子结合成一个氘核的核反应过程要释放2.22Me的能量。 三、质能方程 ——这就是著名的爱因斯坦质能方程。 核能到底是从哪里来的呢？ 物理学家研究过质子、中子和氘核之间的关系，发现氘核虽然是由一个中子和一个质子组成的，它的质量却并不等于一个中子和一个质子的质量之和。 精确的计算表明，氘核的质量比中子和质子的质量之和要小一些。这种现象叫做质量亏损。 核子在结合成原子核时出现质量亏损，所以要放出能量，大小为： 中子的质量mp=1.6749×10－27Kg 质子的质量mn=1.6726×10－27Kg 中子和质子的质量和mp+mn=3.3475×1