高二物理核力粤教版知识精讲.doc

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高二物理核力粤教版
【本讲教育信息】
一.教学内容：
核力
1.核力与结合能
2.重核的裂变
3.核聚变
4.粒子和宇宙

知识归纳、总结：
一.核力与结合能
（一）核力
1.定义：组成原子核的相邻核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。
2.核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质：
（1）核力是强相互作用(强力)的一种表现。在它的作用范围内，核力比库仑力大得多。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内，核力在大于0.8×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
3.四种基本相互作用
自然界中最基本的四种相互作用是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。

（二）原子核中质子和中子的比例
1.轻核与重核中的比例
自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，较重的原子核，中子数大于质子数，越重的两者相差越多。
2.对质子与中子比例的解释
原子核越大，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。所以，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的库仑力，这个原子核就不稳定了。这时，不再成对地增加质子和中子，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，所以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，以及核力的饱和性，如果我们继续增大原子核，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，形成的核也一定是不稳定的。

（三）结合能
1.结合能：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，都叫做原子核的结合能。
例如，用光子照射氘核()，只有当光子的能量等于或大于2.2MeV时，才能使它分解为质子和中子。核反应方程为：反过来，使一个质子和一个中子结合成氘核，会放出2.2MeV的能量。因此，氘核的结合能为2.2MeV。
2.比结合能：原子核的结合能与其核子数之比，称做比结合能。
3.比结合能与原子核的稳定性。
（1）比结合能的大小能够反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定。
（2）核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，中等核子数的原子核，比结合能较大，表示这些原子核较稳定。
（3）当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能，例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。

（四）质能方程
1.质量亏损：组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差，叫做核的质量亏损。
2.质能方程：原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系。它们之间的关系是：
E=mc2（或△E=△mc2）
这就是著名的爱因斯坦质能方程。因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损△m，再代入质能方程求出核能。

二.重核的裂变
（一）重核裂变
定义：使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫重核的裂变。
重核的裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发地产生。

（二）铀核的裂变
1.发现：1938年德国物理学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步。
2.裂变产物：
铀核裂变的产物是多种多样的，有时裂变为氙(Xe)和锶(Sr)，有时裂变为钡(Ba)和氪(Kr)，有时裂变为锑(Sb)和铌(Nb)。产物不同，释放的能量和中子数也不尽相同。例如，其中一种核反应方程为：
3.链式反应：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状，核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得核由于质子间的斥力作用而不能恢复原状，这样就分裂成几块，同时放出2～3个中子。这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能，这就叫链式反应，如图所示。

4.链式反应
首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂过程中，又会放出更多中子，这些中子再去轰击更多铀核，产生更多中子，就形成了链式反应。这个反应速度很快，不加控制的话，能量在很短的时间内急剧释放(原子弹)；如果采用其他方法对反应速度加以控制的话，能量缓慢释放(核电站)。

（三）核电站
原子弹杀伤力强大的原因是核能在极短时间内释放出来。核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应。现在世