原子核的结合能
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。
原子核结合能的定义和特点
原子核结合能的定义和特点
原子核结合能是指原子核内的质子和中子相互吸引形成稳定原子核时释放出的能量。
原子核结合能是维持原子核稳定性的基础，是核反应和核能释放的来源。
定义
原子核结合能是指原子核形成时所需要的能量与其构成核子的总能量之差。
换句话说，原子核结合能可以看作是核子在原子核中相互作用形成核结合状态所释放或吸收的能量。
特点
1. 强相互作用
原子核结合能是由核子间的强相互作用导致的。
在原子核中，质子和中子之间通过强相互作用相互吸引，形成稳定原子核。
2. 质子-质子排斥力
由于质子-质子之间带正电荷的排斥作用，原子核中需要消耗大量的结合能来克服这种排斥力，保持核的稳定性。
3. 质子-中子束缚力
原子核中的中子能够通过核力和质子结合，中子和质子之间的相互作用力有助于维持核的稳定性。
4. 质量亏损
原子核结合能的质量等于质量亏损的能量。
根据质能方程，E=mc²，质量亏损会转化为能量释放出来。
5. 质子与中子数量比例
原子核结合能的大小与原子核中的质子和中子数量比例有关。
不同的原子核形成方式会影响结合能的大小。
综上所述，原子核结合能是核物理学中一个重要的概念，它体现了原子核内部强相互作用的特点和核稳定性的重要性。
对原子核结合能的研究有助于深入了解核反应和核能释放的机制，对核能应用领域具有重要意义。
比结合能和结合能公式
比结合能和结合能公式
结合能是指原子核中的质子和中子结合在一起形成原子核时释放的能量。
结合能是核稳定的重要指标，它也是核反应和核聚变技术的基础。
在核物理学中，结合能可以通过结合能公式来计算。
结合能公式的基本原理
结合能公式描述了原子核中的质子和中子结合在一起所释放的能量。
通常，结合能可以按如下的公式进行计算：
E=Zm p+Nm n−M
其中，E是核的结合能，Z是原子核中的质子数，m p是质子的质量，N是原子核中的中子数，m n是中子的质量，M是原子核的总质量。
结合能公式的应用
结合能公式可以用来计算原子核的结合能，从而了解原子核的稳定性。
通过对结合能的计算，可以研究核反应和核聚变等核物理过程。
结合能公式也可以用来推导原子核的质量缺失，从而探究核反应释放的能量。
结合能的重要性
结合能是核物理学中一个重要的参数，它直接影响着原子核的稳定性和核反应的发生。
结合能的研究对于核能发展和核武器的制造等领域有着重要意义。
通过对结合能的了解，可以更好地控制核反应，实现能源的有效利用。
结合能的测量方法
结合能可以通过核反应的测量来获得。
实验中通常使用质谱仪等设备来测量核反应释放的能量，从而推导出原子核的结合能。
结合能的测量是核物理研究的重要手段，也是核能研究的基础。
结论
结合能和结合能公式是核物理学中重要的概念和工具。
通过对结合能的研究，可以更深入地了解原子核的性质和核反应的机制。
结合能公式为核物理学研究提供了重要的计算方法，对于推动核能领域的发展具有重要意义。
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
上页 下页 返回 退出
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
上页 下页 返回 退出
例题15-2 Z 26 A 56 mE 55.922u
上页 下页 返回 退出
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。
上页 下页 返回 退出
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。
上页 下页 返回 退出
结合能的定义
结合能的定义什么是结合能结合能是在物理学和化学中使用的一个术语，用来描述原子核内的粒子如何通过核力相互结合在一起。
结合能可以看作是抵抗由于核反应而引起的核粒子分离的能力。
它是一个核的稳定性的重要指标，也是确定原子核的质量的关键因素之一。
结合能的计算结合能可以通过测量反应后产物的质量差来计算。
一般来说，结合能是指一个核质量与其构成粒子（质子和中子）的质量之差，并乘以光速的平方（E = mc^2）。
根据质能守恒定律，当一个核的结合能增加时，它的质量就会减小，反之亦然。
而这个质量差可以通过实验测量来得到。
结合能的意义结合能与核的稳定性和释放能量的大小有着紧密的关联。
核稳定的原因之一是因为结合能足够大，能够抵抗核反应分离核粒子的趋势。
而核反应则是通过核粒子重新排列来释放结合能的过程。
当一个核反应中的反应物的总结合能大于产物的总结合能时，反应是放出能量的。
这就是核反应如核裂变和核聚变所能释放出巨大能量的原因。
结合能的应用核能和核反应核能是目前人类利用的一种重要能源形式。
利用核反应产生的能量可以用于发电、航天探测、医学诊断和治疗等许多领域。
核反应主要包括核裂变和核聚变两种类型。
核裂变核裂变是指重核（如铀、钚）在中子轰击下分裂成两个或多个较轻的核的过程。
在核裂变过程中，释放出的中子可以继续引发其他核裂变反应，形成连锁反应。
这种连锁反应的过程会产生大量的能量，可以用于核电站发电。
目前全球有许多核电站正在利用核裂变反应提供清洁能源。
核聚变核聚变是指轻核（如氘、氚）在高温高压条件下相互融合形成较重的核的过程。
核聚变是太阳和恒星产生能量的主要机制之一。
实现地球上的核聚变反应是科学家们长久以来的梦想，因为它具有理论上无限可持续、无排放且安全的特点。
然而，目前实现有效的核聚变反应仍面临很多技术和工程挑战。
结合能和核元素的稳定性结合能的大小决定了核元素的稳定性。
通常来说，具有更大结合能的核素更稳定。
那些具有较大结合能的核素往往存在于低原子序数的原子核中，如氦、氧、铁等。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
1.6749×10－27
mp
1.6726×10－27
总质量 3.3475 ×10－27
m氘 总质量
3.3436×10－27 3.3436×10－27
试验值： 2.22Mev 理论值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039 ×10－27kg
Δ= Δ E2m = 0.c 0 1－ 0 2 0 7 ( 33 × 9 1 .8 )2 0 3.5 11 013J
A
6
问题一：核能的来源---原子核的结合能
12H11H01n
当光子能量等于或 大于2.22MeV时， 这个反应才会发生
11H01n12H
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放出的能量
A
7
问题二：核能的计算---爱因斯坦的质能方程
核能
D、 Δ E= Δ mc2 表示发生的质量亏损Δ m转变成
为能量Δ E释放出来 A
19
1 2H1 2H 24He01n
目标检测
3、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
Emc2
A、(m1m2m3)c2
大小能不能反映原子核的稳定程度？
U-235
Li-6
不同的核结合能不同，如何才能反
映原子核的稳A定程度？
13
问题三：核稳定程度的量度---比结合能
结合能
比结合能： = 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。
比结合能曲线
a.中间大、 两端小。 b. 中等质 量的核最 稳定。
A
15
比结合能（MeV/核子）
94 82
He
7
6
82 23
Kr
195 73
Pt
U 233
92
活动：观察比结 合能曲线并思考 下列问题：
5
4
6 3
Li
3
2
1
1、两个氘核发生 核反应变成氦核 是吸收还是放出 能量？
H 0 0
2 1 20
总质量 3.3475 ×10－27
m氘 总质量
3.3436×10－27 3.3436×10－27
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
原子核的结合能如果质量
亏损有关，你怎么证明？
A
9
问题二：核能的计算----
爱因斯坦的质能方程
1 0n 1 1 H 1 2H
B、 (m 1m2m4)c2
C、(m 1m 2m 3m 4)c2 D、 (m 3m 4m 1m 2)c2
核反应方程为： 1 2H13 AH 24He01n 20
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。
A
17
目标检测
1、一下关于核力的说法正确的是 （B、D）
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
考查点：核力的性质
A
18
目标检测
2、联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪 念爱因斯坦对物理学的巨大贡献。对于爱因斯 坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的
是（A、C )
A、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B、 E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的
核能
C、 根据ΔE= Δ mc2 可以计算核反应中释放的
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。
A
14
比结合能（MeV/核子）
比结合能曲线告诉我们：
94 82
He
7
6
82 23
Kr
U 233
92
195 73
Pt
5
4
6 3
Li
3
2
1
H2
0 0
1 20
40
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240
质量数A
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240
2、一个重核可以
质量数A
分裂为中等质量
比结合能曲线
的核是吸收还是
放出能量？
A
16
问题三：核稳定程度的量度---比结合能
结合能
比结合能： = 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。
扬大附中东部分校 刘虎
A
1
宝贝：妈妈喊我们我们回家了
人类对煤和石油的依赖已经严重我们的生
存环境
A
2
核能-----能源中的后起之秀
A
3
你了解核能A 吗？
4
问题一：核能的来源---原子核的结合能
中子
氘核
质子
2.2MeV（ ） ?
A
5
问题一：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？