原子核的结合能(精品)
第4节 原子核的结合能
第4节原子核的结合能学习目标核心提炼1.理解原子核的结合能的概念。
3个概念——结合能、平均结合能、质量亏损1个方程——ΔE＝Δmc22.知道质量亏损的概念，了解爱因斯坦的质能方程。
3.学会根据质能方程和质量亏损的概念进行核能的计算。
一、原子核的结合能和结合能的计算1.结合能：由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量。
2.质量亏损：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，核反应中质量的减少称为质量亏损。
3.爱因斯坦的质能方程：物体的能量和质量之间存在着密切的确定联系，即E＝mc2。
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，即ΔE ＝Δmc2。
思考判断(1)一切原子核均具有结合能。
()(2)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。
()(3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。
()(4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量。
()答案(1)√(2)√(3)×(4)×二、平均结合能曲线1.平均结合能：把原子核的结合能ΔE除以核子数A，即ΔEA称为原子核的平均结合能，也叫比结合能。
平均结合能越大，核就越稳定。
2.由原子核的平均结合能曲线可以看出(1)平均结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，平均结合能是原子核稳定程度的量度；(2)曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的平均结合能最大，近似于一个常数，表明中等质量的核最稳定；(3)质量较大的重核和质量较小的轻核平均结合能都较小，且轻核的平均结合能还有些起伏。
3.核聚变：两个轻核结合成较重的单个原子核释放出能量的过程叫核聚变。
4.核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出核能的过程叫核裂变。
思考判断(1)爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化。
()(2)因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒。
()(3)平均结合能越大，原子核中核子结合得越牢固。
原子核的结合能
932.80 MeV
练习2：已知1个质子的质量mp=1.007 277u，1个中子 的质量mn=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 由上述数值，计算2个质子和2个中子结合成氦核时释
放的能量。
28.30 MeV
A
12
问题三：核稳定程度的量度----
【讨论与交流】
比结合能
结合能越大原子核是不是越难被拆散？ 即结合能的
物体的能量和
质量之间存在密切
的联系，他们的关
系是：
质
Emc2
能 方
核子在结合成
程
爱因斯坦
原子核时出现质量
亏损，要放出能量，
大小为：
Emc2
A
8
问题二：核能的计算---爱因斯坦的质能方程
1 0n 1 1 H 1 2H
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
1.6749×10－27
mp
1.6726×10－27
1.6 3A .51 1 01 19 01 136 0Me2 v.1M 9 10ev
问题二：核能的计算---爱因斯坦的质能方程
Emc2
核能 质量亏损
计算结合能时，先计算 质量亏损Δm，在带入 质能方程求出结合能
计算任意核反应中释放 的核能，先计算质量亏 损Δm，在带入质能方 程求出核能。
A
Байду номын сангаас
11
练习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931.50 MeV的能量．光速 c=3×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．
反应前质量/kg
反应后质量/kg
mn
原子核既然是由质子和中子组成的,它的质量就应等于所有质子和中子的质量之和： 根据爱因斯坦质能关系,可
左右)。这说明中等 质量的核最稳定。 80 100 120 140 160 180 200 220 240
质量数A
比结合能曲线
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要利用核能，理论上是把自由状态的Z个质子和 (A-Z)中子结合起来组成中等质量的核，这样放出 的结合能最多。但实际上，用质子和中子直接组成 中等核是不现实的，因为自由中子不易得到，即便 得到了一些，自由中子的半衰期也较短。
具有能量
E 1u c2 1.49449681010 J
质子质量
9.340605102 MeV mp 1.007277u
中子质量
mn 1.008665u
核子平均结合能 [Zmp ( A Z )mn mE ]c2 / A
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例题15-2 Z 26 A 56 mE 55.922u
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聚变：两个质量较小的原子核（轻核）在一定条件 上聚合为质量较大的原子核。
6 3
Li
2 1
H
2
4 2
He
22.4MeV
2 1
H
2 1
H
3 2
He
1n
0
3.25MeV
3 1
H
2 1
H
4 2
He
1n
0
17.6MeV
7 3
Li
1 1
H
2
4 2
He
17.3MeV
上述反应都需要超高温条件，称为热核反应。
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因此，要利用原子核的结合能，必须从自然界 中存在的原子核来考虑。
方法有二： 第一种方法是重核裂变；
第二种方法是轻核聚变。
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原子核的结合能
原子核的结合能
原子核的结合能是指原子核内部稳定的结构所具有的能量。
这种能量与核子之间的相互作用有关，它是维持原子核的稳定的重要因素。
原子核的结合能越大，核子之间的相互作用越强，原子核越稳定。
原子核的结合能是由强相互作用引起的。
强相互作用是一种极为强大的力，只在极小的距离内产生作用。
这种力可以抵抗原子核内部的静电斥力，使得核子之间保持一定的距离，从而维持原子核的稳定。
原子核的结合能可以通过质量缺失法来测量。
在这种方法中，将待测核素与一个已知质量的核素反应，测量反应产物的质量差异，根据质能守恒定律可以计算出原子核的结合能。
原子核的结合能对于核反应和核能源的应用具有重要意义。
在核反应中，当原子核的结合能被释放出来时，将会释放大量的能量。
核能源的利用也是基于这种原理，通过核反应释放出的结合能来产生能量，是目前重要的能源来源之一。
原子核的结合能还与核素的同位素稳定性有关。
同位素是指原子核中的质子数相同，中子数不同的核素。
当同位素的中子数和质子数相等时，核素最为稳定。
同位素的稳定性与其结合能密切相关，结合能越大，核素越稳定。
由于原子核的结合能对于核反应和核能源的应用具有重要意义，因此对于原子核结合能的研究一直是核物理领域的热点之一。
通过研究不同核素的结合能，可以更好地了解原子核内部的结构和相互作用，从而更好地探索核物理的奥秘。
2.原子核的结合能
二、原子核的结合能
原子核的结合能
结合能：自由核子结合成原子核时释放出的能量，或者 将原子核打散成为一个个的自由核子所吸收的能量。
其实结合能是个普遍存在的概念，比如一个电子与一个 质子结合为氢原子时放出13.6eV的能量；一个碳原子和一 个氧分子化合时放出4.1eV的能量，当然原子核的结合能大 得多。。
自然界中的四种相互作用力 作用力 作用的粒子 万有引力 所有物质 电磁力 带电粒子 强作用力 中子、质子等 弱作用力 中子、质子、电子
相对强度 1 1036 1038 1029
作用范围 无限 无限 10-15m 10-18m
二、原子核的结合能
3、原子核的结合能
在引入结合能之前我们先进行一个简单的数学计算，我 们算一下一个质子与一个中子加在一起的质量是不是等于 一个氘核的质量。
二、原子核的结合能 1、原子核的组成
中子质量：mn=1.008665u 质子质量：mp=1.007277u 电子质量：me=0.000557u u为原子的质量单位
二、原子核的结合能
2、四种相互作用力
1).万有引力；2).电磁力；3).强相互作用；4).弱相互作用
质子与中子统称为核子，强相互作用在这里就是指核力， 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，因此核子不会融合在一起。
原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它的结 合能与核子数之比，称作比结合能或平均结合能。比结合能 越大核子结合得越牢固，原子核越稳定。
原子核结合能
原子核结合能
原子核结合能是核物理中一个非常重要的概念，它是指原子核内部核子相互作用所释放出的能量。
这种能量来源于核子间的强相互作用力，是维持原子核稳定的关键因素之一。
在原子核中，质子和中子通过强相互作用力相互吸引形成原子核，而这种相互吸引的过程释放出能量，即结合能。
结合能的大小取决于原子核的构成，即核子的种类和数量。
一般来说，原子核中的质子和中子越多，结合能就越大，核子之间的结合越牢固。
结合能的概念最早由德国物理学家爱因斯坦和法国物理学家居里提出，他们通过研究放射性衰变和核反应等现象，揭示了原子核内部的能量转化过程。
在核反应中，核子脱离原子核或者合并成新的核素时，释放出的能量可以用来产生核能，用于发电或者其他应用。
核能是一种清洁高效的能源形式，被广泛应用于核电站和核武器等领域。
通过控制核反应过程，可以实现能量的释放和利用，同时也需要注意防止核反应失控导致核泄漏或者核爆炸等危险情况。
除了应用于能源和军事领域，原子核结合能还在天体物理学中扮演着重要角色。
例如，恒星的能量来源就是核反应释放的结合能，太阳等恒星通过核聚变反应将氢转变为氦释放能量，维持了恒星的稳定状态。
总的来说，原子核结合能是核物理研究的核心内容之一，它关乎原
子核的稳定性、能量转化和核反应等重要问题。
通过深入研究结合能的性质和应用，可以更好地理解原子核内部的微观世界，推动核能技术的发展，同时也有助于探索宇宙的奥秘，揭示宇宙的起源和演化。
希望未来能够通过不断的科学探索和技术创新，更好地利用原子核结合能这一宝贵资源，造福人类社会和整个地球环境。
原子核的结合能
结束语
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，
这个光荣而由艰巨的任务,就有同学们去完成了
932.80 MeV
练习2：已知1个质子的质量mp=1.007 277u,1个中子 的质量mn=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 由上述数值,计算2个质子和2个中子结合成氦核时释
放的能量，
28.30 MeV
三、核稳定程度的量度----
讨论与交流
比结合能
结合能越大原子核是不是越难被拆散 即结合能的大
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，
挑战自我
1、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
1.6 3 .51 1 01 19 01 136 0Me2 v.1M 9 ev
二、核能的计算---爱因斯坦的质能方程
Emc2
核能 质量亏损
计算结合能时,先计算 质量亏损Δm,在带入质
能方程求出结合能
计算任意核反应中释放 的核能,先计算质量亏 损Δm,在带入质能方程 求出核能，
练习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931.50 MeV的能量．光速 c=3×108m/s,1eV=1.6022×10-19J．
《原子核的结合能》课件
2
α衰变、β衰变和γ衰变
各种衰变方式具有不同的特点和释放的粒子类型。α衰变放出α粒子，β衰变放出 β粒子，γ衰变放出γ射线。
3
质能守恒定律在衰变中的应用
质能守恒定律说明衰变过程中质能的守恒性，即总质能不受衰变影响。
能级结构
பைடு நூலகம்
原子核的能级结构
能级图的构建
原子核中存在不同的能级，这些 能级会影响原子核的性质和反应。
能级图以一种直观的方式显示原 子核中的能级分布和跃迁过程。
核素的分裂反应
核裂变是一类重要的反应，可以 释放大量能量，用于核能产生。
原子核的应用
核能应用
• 电力生产 • 放射性同位素检测 • 医学诊断和治疗
七十二碳靶计划
七十二碳靶计划是一项基础研 究计划，旨在探索新的元素和 核结构。
化学元素的合成与发 现
研究原子核可以帮助科学家合 成和发现新的化学元素。
总结
1 原子核结合能及稳定性
原子核的结合能决定了核的稳定性，影响着核的性质和反应。
2 原子核衰变及能级结构
原子核衰变是核自发变成更加稳定核的过程，能级结构决定了核的能量和跃迁。
3 原子核在应用中的重要性
原子核的应用广泛涉及能源、医疗和基础研究等领域。
《原子核的结合能》PPT 课件
原子核的结合能是研究核物理领域中重要的概念。结合能定义和影响因素、 核稳定性、原子核衰变、能级结构以及原子核的应用将在本课件中详细介绍。
什么是原子核结合能
定义
原子核结合能是维持原子核的稳定所需的能量，表示核内的质子和中子之间的相互作用力。
影响因素
核子数量、核子质量、核子结合方式等因素都会影响原子核的结合能。
原子核稳定性的判据
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挑战自我
1、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 ）
考查点：核力的性质
2 1
2 4 1 H 1 H 2 He 0 n
挑战自我
2、当氘核和氚核聚合成氦核时会释放大量能量， 设氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的 质量为m3,中子的质量为m4,则反应过程中释放的 能量为： （ C）
1 0 1 2 n1 H 1 H
反应前质量/kg
mn 1.6749×10－27 mp 1.6726×10－27 总质量 3.3475 ×10－27 m氘
反应后质量/kg
3.3436×10－27 3.3436×10－27
总质量
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
挑战自我
3、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（ B ） A、核反应方程是 1H 1n3H 1 0 1 B、聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3 C、辐射出的γ光子的能量Δ E=（m3-m1-m2)c2 h D、 γ光子的波长 2 (m1 m2 m3 )c
原子核的结合能如果质量亏损有关， 你怎么证明？
二、核能的计算---爱因斯坦的质能方程 1 1 2
0
n1 H 1 H
m氘 总质量
反应前质量/kg
mn 1.6749×10－27 mp 1.6726×10－27 总质量 3.3475 ×10－27
反应后质量/kg
3.3436×10－27 3.3436×10－27
人类对煤和石油的依赖已 经严重我们的生存环境!
核能-----能源中的后起之秀
你了解核能吗？
一、核能的来源----
原子核的结合能
中子
氘核
质子
2.2MeV（ ）
?
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、请你能运用功能关系，解释结合能的产生原因？
课堂小结
放出 (“吸收”或 1、当核子结合成原子核时要_____ “放出”)一定的能量，原子核分解成核子时，要 吸收 (“吸收”或“放出”)同样的能量，这个能 _____ 量叫做原子核的结合能。 比结合能 平均结合 2、结合能与核子数之比称___________, 越大 (“越大”“越小”)表示原子核中核子结 能______ 合得越牢固，原子核越稳定。 3、求解原子核的结合能的方法是：
2 1
20
H
ÊÁ Ö ¿Ê ýA
Ƚ ± ẠÏÄ ÜÇ úÏ ß
94 8 7
¨MeV/Ë Ü £ Ï Ä © á º Ó £ ±½ È º ×
2
He
82 23
233 92
U
活动：观察比结 合能曲线并思考 下列问题：
Kr
195 73
6 5 4、两个氘核发生 核反应变成氦核 是吸收还是放出 能量？
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
2 1
20
H
ÊÁ Ö ¿Ê ýA
Ƚ ± ẠÏÄ ÜÇ úÏ ß
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？
问题三：核稳定程度的量度---比结合能
比结合能：
=
结合能 核子数
1）概念：原子核的结合能与核子数之比 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。 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。
比结合能曲线告诉我们：
94 8 7
¨MeV/Ë Ü £ Ï Ä © á º Ó £ ±½ È º ×
2
He
82 23
233 92
U
a.中间大、
两端小。
b. 中等
Kr
195 73
6 5 4 3 2 1 0 0
Pt
6 3
Li
质量的核
最稳定。
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
E mc
2
2 ( m m m ) c 2 3 A、 1
2 ( m m m m ) c C、 1 2 3 4
2 ( m m m ) c B、 1 2 4
2 ( m m m m ) c D、 3 4 1 2
核反应方程为：
2 1
H H He n
3 1 4 2 1 0
一、核能的来源----
原子核的结合能
H H n
2 1 1 1 1 0
1 1
H n H
1 0 2 1
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释放出的能量
E mc
2
结束语
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。
这个光荣而由艰巨的任务，就有同学们去完成了！
二、核能的计算---爱因斯坦的质能方程
物体的能 量和质量之间存在 密切的联系，他们 的关系是：
E mc2
质 能 方 程
爱因斯坦
核子在结 合成原子核时出现 质量亏损，要放出 能量，大小为：
E mc
2
Mass is just a form of energy!
E=mc2
二、核能的计算---爱因斯坦的质能方程
U-235
Li-6
不同的核结合能不同，如何才能反 映原子核的稳定程度？
三、核稳定程度的量度----
比结合能
比结合能： 结合能 = 核子数
1）概念：原子核的结合能与核子数之比 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。 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。
932.80 MeV
练习2：已知1个质子的质量mp=1.007 277u，1个中子 的质量mn=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 由上述数值，计算2个质子和2个中子结合成氦核时释 放的能量。 28.30 MeV
三、核稳定程度的量度---【讨论与交流】
比结合能
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？
试验值： 2.22Mev 理论值： Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039 ×10－27kg
ΔE = Δmc = 0.0039 10
2 －27
(3.0× 10 ) 3.5110
8 2
13
J
3.511013 Mev 2.19Mev 19 6 1.6 10 10
二、核能的计算---爱因斯坦的质能方程 2 E m c
核能 质量亏损
计算结合能时，先计算 质量亏损Δ m，在带入 质能方程求出结合能
计算任意核反应中释放 的核能，先计算质量亏 损Δ m，在带入质能方 程求出核能。
练习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931.50 MeV的能量．光速 c=3×108m/s，1eV=1.6022×10-19J．