2018-2019学年高中物理第三章原子核3.4原子核的结合能优质课件教科版选修3-5.ppt

4原子核的结合能一、原子核的结合能概念和结合能的计算一、原子核的结合能概念和结合能的计算1.1.结合能结合能概念概念: :由由_结合成原子核的过程结合成原子核的过程中所释放出的能量中所释放出的能量2.2.质量亏损质量亏损: :原子核的原子核的_都小于构成它的所有核都小于构成它的所有核子单独存在时的子单独存在时的_,_,二者之差称为质量亏损二者之差称为质量亏损分散的核子分散的核子静质量静质量总静质量总静质量3.3.爱因斯坦的质能方程爱因斯坦的质能方程: :物体的能量和质量之间存在物体的能量和质量之间存在着密切确实定联系着密切确实定联系, ,即即_物体质量发生变化时物体质量发生变化时, ,它的能量也按照这一关系式发生相应的变化它的能量也按照这一关系式发生相应的变化, ,即即_E=mcE=mc2 2E=mcE=mc2 2【想一想】有人认为质量亏损就是核子的个数变少了【想一想】有人认为质量亏损就是核子的个数变少了, ,这种认识对不对这种认识对不对? ?提示提示: :不对在核反响中质量数守恒即核子的个数不变不对在核反响中质量数守恒即核子的个数不变, ,只是核子组成原子核时只是核子组成原子核时, ,仿佛变仿佛变“轻了一些轻了一些, ,原子核原子核的质量总是小于其全部核子质量之和的质量总是小于其全部核子质量之和, ,即发生了质量亏即发生了质量亏损损, ,核子的个数并没有变化。

核子的个数并没有变化二、比结合能曲线二、比结合能曲线1.1.从比结合能曲线可以看出从比结合能曲线可以看出: :(1)(1)比结合能越大比结合能越大, ,核核就越就越_是原子是原子核稳定程度的量度核稳定程度的量度2)(2)曲线中间高两头低曲线中间高两头低, ,说明中等质量的原子核比说明中等质量的原子核比结合能最大结合能最大,_,_最稳定稳定稳定比结合能比结合能中等质量的核中等质量的核(3)(3)质量较大质量较大的的_和质量较小的和质量较小的_比结合能都比结合能都较小2.2.核聚变核聚变: :两个轻核结合成较重的两个轻核结合成较重的_释放释放出能量的过程叫核聚变出能量的过程叫核聚变3.3.核裂变核裂变: :一个重核一个重核_为两个为两个( (或多个或多个) )中等质量中等质量的核时释放出的核时释放出_的过程叫核裂变的过程叫核裂变重核重核轻核轻核单个原子核单个原子核分裂分裂核能核能【判一判判一判】(1)(1)比结合能越大比结合能越大, ,原子核中核子结合得越牢原子核中核子结合得越牢固 () )(2)(2)比结合能也叫平均结合能比结合能也叫平均结合能 () )(3)(3)轻核聚变释放能量轻核聚变释放能量, ,重核裂变吸收能量。

重核裂变吸收能量 () )提示提示:(1):(1)比结合能越大比结合能越大, ,要把原子核中的核子拆散开要把原子核中的核子拆散开, ,需要抑制核力做的功越多需要抑制核力做的功越多, ,核子结合得越结实核子结合得越结实,(1),(1)正确2)(2)比结合能也叫平均结合能比结合能也叫平均结合能, ,是一个概念的两种叫法是一个概念的两种叫法,(2),(2)正确3)(3)重核裂变也释放能量重核裂变也释放能量,(3),(3)错知识点一、原子核的结合能、比结合能知识点一、原子核的结合能、比结合能思考探究思考探究: :如下图如下图, ,氘核吸收的能量就可以把原子核中的核子拆散氘核吸收的能量就可以把原子核中的核子拆散为分散的质子和中子为分散的质子和中子, ,那么那么: :如果把分散的核子结合成原子核会不会释放出能量呢如果把分散的核子结合成原子核会不会释放出能量呢? ?如果会如果会, ,所释放的能量又有多少呢所释放的能量又有多少呢? ?【归纳总结】【归纳总结】1.1.原子核的结合能原子核的结合能: :组成原子核的核子间存在着强大的核力组成原子核的核子间存在着强大的核力, ,核力使原子核核力使原子核成为一个巩固的集合体。

如果将原子核中的核子拆散成为一个巩固的集合体如果将原子核中的核子拆散为分散的质子和中子为分散的质子和中子, ,就得抑制核力而做巨大的功假就得抑制核力而做巨大的功假设要把分散的核子结合成一个原子核设要把分散的核子结合成一个原子核, ,就会放出巨大的就会放出巨大的能量由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出能量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的能量称为原子核的结合能2.2.比结合能比结合能: :原子核越大原子核越大, ,它的结合能越高它的结合能越高, ,因此有意义的是它的结因此有意义的是它的结合能与核子数之比合能与核子数之比, ,称作比结合能比结合能越大称作比结合能比结合能越大, ,表表示原子核中核子结合得越结实示原子核中核子结合得越结实, ,原子核越稳定原子核越稳定特别提醒特别提醒】中等大小的原子核的比结合能最大中等大小的原子核的比结合能最大, ,这些核最稳定使这些核最稳定使较重的核分裂成中等大小的核较重的核分裂成中等大小的核, ,或者把较小的核合并成或者把较小的核合并成中等大小的核中等大小的核, ,核子的比结合能都会增加核子的比结合能都会增加, ,都要释放能都要释放能量。

量典例典例】下面关于结合能和比结合能的说法中下面关于结合能和比结合能的说法中, ,正确的正确的有有( () )A.A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能放出的能量称为结合能B.B.比结合能越大的原子核越稳定比结合能越大的原子核越稳定, ,因此它的结合能也一因此它的结合能也一定越大定越大C.C.重核与中等质量原子核相比较重核与中等质量原子核相比较, ,重核的结合能和比结重核的结合能和比结合能都大合能都大【思路点拨思路点拨】解答此类问题时应掌握以下两点解答此类问题时应掌握以下两点: :(1)(1)要正确理解结合能和比结合能两个概念要正确理解结合能和比结合能两个概念, ,比结合能比结合能和核子数的乘积就是结合能和核子数的乘积就是结合能2)(2)中等质量原子核的比结合能大于重核、轻核的比结中等质量原子核的比结合能大于重核、轻核的比结合能合能, ,但结合能的大小由比结合能与原子核内核子数的但结合能的大小由比结合能与原子核内核子数的乘积来决定乘积来决定正确解答正确解答】选选D D核子结合成原子核放出能量核子结合成原子核放出能量, ,原子原子核拆解成核子吸收能量核拆解成核子吸收能量,A,A选项错选项错; ;比结合能越大的原子比结合能越大的原子核越稳定核越稳定, ,但比结合能越大的原子核但比结合能越大的原子核, ,其结合能不一定其结合能不一定大大, ,例如例如, ,中等质量原子核的比结合能比重核大中等质量原子核的比结合能比重核大, ,但由于但由于核子数比重核少核子数比重核少, ,其结合能比重核反而小其结合能比重核反而小,B,B、C C选项错选项错; ;中等质量原子核的比结合能比轻核的大中等质量原子核的比结合能比轻核的大, ,原子核内核子原子核内核子数又比轻核多数又比轻核多, ,因此它的结合能也比轻核大因此它的结合能也比轻核大,D,D选项正确。

选项正确过关训练】【过关训练】对结合能、比结合能的认识对结合能、比结合能的认识, ,以下说法正确的以下说法正确的是是( () )B.B.自由核子结合为原子核时自由核子结合为原子核时, ,可能吸收能量可能吸收能量【解析解析】选选D D氢原子核只有一个质子氢原子核只有一个质子, ,无结合能无结合能, ,结合结合能并不是原子核所具有的能量能并不是原子核所具有的能量, ,故故A A错错; ;自由核子结合为自由核子结合为原子核时原子核时, ,放出能量放出能量, ,故故B B错错; ;比结合能越大的原子核越比结合能越大的原子核越稳定稳定, ,故故C C错错,D,D正确补偿训练补偿训练】如图是比结合能曲线如图是比结合能曲线, ,根据比结合能曲线思考下面的问根据比结合能曲线思考下面的问题题: :两个氘核发生如下的核反响两个氘核发生如下的核反响: : 在反响的过程中是放出能量还是吸收能量在反响的过程中是放出能量还是吸收能量? ?为什么为什么? ?【解析解析】由比结合能曲线可知由比结合能曲线可知2 2个个 的比结合能为的比结合能为2MeV,2MeV,而一个而一个 的比结合能为的比结合能为7.0MeV,7.0MeV,即即2 2个个 结合成一个结合成一个 时能够放出时能够放出5MeV5MeV的能量的能量. .知识点二、原子核结合能的计算知识点二、原子核结合能的计算思考探究思考探究: :根据爱因斯坦提出的质能关系式根据爱因斯坦提出的质能关系式, ,可知物体的能量和质可知物体的能量和质量之间存在着密切确实定关系量之间存在着密切确实定关系, ,请思考以下问题请思考以下问题: :(1)(1)什么是质量亏损现象什么是质量亏损现象? ?(2)(2)在核反响中如何利用质能关系式研究能量和质量的在核反响中如何利用质能关系式研究能量和质量的关系呢关系呢? ?【归纳总结】【归纳总结】1.1.质能方程质能方程E=mc2:E=mc2:爱因斯坦指出爱因斯坦指出, ,物体的能量物体的能量(E)(E)和质量和质量(m)(m)之间存在着密之间存在着密切的关系切的关系, ,即即E=mc2,E=mc2,式中式中c c为真空中的光速。

爱因斯坦为真空中的光速爱因斯坦质能方程说明质能方程说明: :物体所具有的能量跟它的质量成正比物体所具有的能量跟它的质量成正比由于由于c2c2这个数值十分巨大这个数值十分巨大, ,因而物体的能量是十分可观因而物体的能量是十分可观的2.2.质量亏损质量亏损: :实验说明实验说明, ,原子核的静质量都小于构成它的所有核子单原子核的静质量都小于构成它的所有核子单独存在时的总静质量通常把核反响中的质量减少称独存在时的总静质量通常把核反响中的质量减少称为质量亏损为质量亏损3.3.核反响中由于质量亏损而释放的能量核反响中由于质量亏损而释放的能量E=mc2:E=mc2:从爱因斯坦质能方程同样可以得出从爱因斯坦质能方程同样可以得出, ,物体的能量变化物体的能量变化EE与物体的质量变化与物体的质量变化mm的关系的关系:E=mc2:E=mc2特别提醒】【特别提醒】(1)(1)物体的质量包括静止质量和运动质量物体的质量包括静止质量和运动质量, ,质量亏损并质量亏损并不是这局部质量消失或转变为能量不是这局部质量消失或转变为能量, ,只是静止质量的减只是静止质量的减少减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质少减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量量, ,在核反响中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律。

在核反响中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律2)(2)质量亏损也不是核子个数的减少质量亏损也不是核子个数的减少, ,核反响中核子个核反响中核子个数是不变的数是不变的典例探究】【典例探究】【典例】一个锂核【典例】一个锂核( )( )受到一个质子的轰击受到一个质子的轰击, ,变成两变成两个个粒子质子的质量是粒子质子的质量是1.673 610-27kg,1.673 610-27kg,锂核锂核的质量是的质量是11.650 510-27kg,11.650 510-27kg,氦核的质量是氦核的质量是6.646 66.646 610-27kg10-27kg1)(1)写出上述核反响的方程写出上述核反响的方程2)(2)计算上述核反响释放出的能量计算上述核反响释放出的能量 (保存保存3 3位有效数字位有效数字) )【思路点拨】解答此题时应把握以下三点【思路点拨】解答此题时应把握以下三点: :(1)(1)写核反响方程时写核反响方程时, ,要注意元素符号和两个守恒要注意元素符号和两个守恒2)(2)用反响物的质量减去生成物的质量等于质量亏损用反响物的质量减去生成物的质量等于质量亏损3)(3)根据爱因斯。