物理：第4章第四節(jié)《核力與結合能》課件（粵教版選修3-5）

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歡迎進入物理課堂 第四節(jié)核力與結合能 課前自主學案 核心要點突破 課標定位 課堂互動講練 第四節(jié) 知能優(yōu)化訓練 課標定位 學習目標 1 知道核力是只存在于相鄰核子間的短程力 2 知道重核與輕核 3 掌握結合能與質量虧損 重點難點 1 核力 2 結合能的計算 課前自主學案 一 核力及其性質1 核力 組成原子核的核子之間有很 的相互作用力 使核子能夠克服 而緊密的結合在一起 這種力稱為核力 2 核力的性質 核力是一種很強的力 在約0 5 10 15m 2 10 15m的距離內主要表現(xiàn)為 在大于2 10 15m的距離時核力就迅速減小為零 所以核力是一種 在小于0 5 10 15m的距離內 核力又轉變?yōu)閺姶蟮?而使核子不融合在一起 強 庫侖力 引力 短程力 斥力 思考感悟原子核很小 結構卻十分復雜 除氫核外 其他各種元素的原子核中既有帶正電的質子 又有不帶電的中子 如鈾235的核內有92個質子 143個中子 那么 質子間的靜電斥力為什么沒有把它們驅散開來 中子不帶電 為什么同樣能聚集在一起 這么多的核子 質子和中子 擠在半徑小于10 14m的原子核內 為什么能形成穩(wěn)定的結構呢 提示 因為核力的存在 二 重核與輕核1 原子核中的質子數(shù)又稱為 2 重核 排在周期表中比較靠 的元素對應的原子核叫重核 3 輕核 排在周期表中比較靠 的元素對應的原子核叫輕核 原子序數(shù) 后 前 三 結合能1 結合能 由于核子間存在著強大的核力 要把原子核拆散成核子 需要克服 做功 也就是需要提供一定的能量 反過來 結合成原子核時也會放出一定的能量 這個能量叫做原子核的結合能 核力 核子 2 愛因斯坦質能方程 核子結合成原子核時 反應前后存在 虧損的質量與反應中釋放的能量相對應 它們之間的關系遵循愛因斯坦的質能方程 即 E E為反應中釋放的能量 即結合能 m為質量虧損 3 平均結合能 原子核的結合能與核子數(shù) 稱為該原子核的平均結合能 平均結合能越大 核越 質量虧損 mc2 之比 穩(wěn)定 核心要點突破 一 核力的理解1 原子核內的質子相距很近 庫侖斥力很大 然而核力卻使它們緊緊約束在一起 可見核力是強相互作用 強力 的一種表現(xiàn) 在原子核的尺度內 核力比庫侖斥力大得多 2 核力是短程力 在約0 5 10 15m 2 10 15m的距離內主要表現(xiàn)為引力 大于2 10 15m核力就迅速減小到零 所以核力是一種短程力 在小于0 5 10 15m的距離內 核力又轉變?yōu)閺姶蟮某饬Χ购俗硬蝗诤显谝黄?3 每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用 這種性質稱為核力的飽和性 4 核力與核子是否帶電無關 質子和質子間 質子和中子間 中子和中子間都存在核力作用 即時應用 即時突破 小試牛刀 1 單選 關于核力的說法正確的是 A 核力同萬有引力沒有區(qū)別 都是物體間的作用B 核力就是電磁力C 核力是短程力 作用范圍在2 10 15m之內D 核力與電荷有關 解析 選C 核力是短程力 超過2 10 15m 核力急劇下降幾乎消失 故C對 核力與萬有引力 電磁力不同 故A B不對 核力與電荷無關 故D錯 二 重核與輕核1 重核與輕核排在周期表比較靠后的元素對應的原子核叫重核 排在比較靠前的叫輕核 2 原子核中質子和中子的比例關系自然界中較輕的原子核 其質子數(shù)與中子數(shù)大致相等 較重的原子核 中子數(shù)大于質子數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 如圖4 4 1所示 排在83號元素鉍之后的原子核都不穩(wěn)定 它們自動分解或衰變成更輕的原子核 排在第92號元素鈾之后的原子核十分不穩(wěn)定 無法在自然狀態(tài)下存在 圖4 4 1 即時應用 即時突破 小試牛刀 2 單選 關于原子核中質子和中子的說法 正確的是 A 原子核中質子數(shù)和中子數(shù)一定相等B 穩(wěn)定的重原子核里 質子數(shù)比中子數(shù)多C 原子核都是非常穩(wěn)定的D 由于核力的作用范圍是有限的 以及核力的飽和性 如果不斷地增大原子核 形成的核也一定是不穩(wěn)定的 解析 選D 自然界中較輕的原子核 質子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對于較重的原子核 中子數(shù)大于質子數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 故D項正確 三 結合能的理解1 結合能原子核是核子憑借核力結合在一起構成的 要把它們分開需要能量 這就是原子核的結合能 它等于核子結合為原子核時放出的能量 2 平均結合能 1 定義 原子核的結合能與核子數(shù)之比 稱為平均結合能 也叫比結合能 2 與原子核穩(wěn)定性的關系 比結合能越大 表示原子核中核子結合得越牢固 原子核越穩(wěn)定 中等大小的核的比結合能最大 這些核最穩(wěn)定 3 當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時 就可釋放核能 例如 一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核 或者兩個核子數(shù)很小的輕核結合成一個核子數(shù)大一些的核 都能釋放出巨大的核能 特別提醒 結合能是核子結合成原子核放出的能量或原子核拆解成核子吸收的能量 而比結合能是核子結合成原子核時每個核子平均放出的能量或原子核拆解成核子時平均每個核子吸收的能量 結合能大的原子核 比結合能不一定大 結合能小的原子核 比結合能不一定小 即時應用 即時突破 小試牛刀 3 單選 下面關于結合能和比結合能的說法中 正確的有 A 核子結合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結合能B 比結合能越大的原子核越穩(wěn)定 因此它的結合能也一定越大C 重核與中等質量原子核相比較 重核的結合能和比結合能都大D 中等質量原子核的結合能和比結合能均比輕核的要大 解析 選D 核子結合成原子核是放出能量 原子核拆解成核子是吸收能量 A選項錯 比結合能越大的原子核是越穩(wěn)定 但比結合能越大的原子核 其結合能不一定大 例如中等質量原子核的比結合能比重核大 但由于核子數(shù)比重核少 其結合能比重核反而小 B C選項錯 中等質量原子核的比結合能比輕核的大 它的原子核內核子數(shù)又比輕核多 因此它的結合能也比輕核大 D選項正確 四 愛因斯坦質能方程1 質量虧損組成原子核的核子的總質量與新原子核的質量之差 叫做核的質量虧損 質量虧損表明 的確存在著原子核的結合能 2 質能方程原子核釋放能量時 要產(chǎn)生質量虧損 物體的能量和質量之間存在著密切的聯(lián)系 它們之間的關系是 E mc2 或 E mc2 這就是著名的愛因斯坦質能方程 因此在計算核能時 可以通過先計算質量虧損 m 再代入質能方程求出核能 3 質能方程的本質愛因斯坦的質能方程反映的是質量虧損和釋放出核能這兩種現(xiàn)象之間的聯(lián)系 并不表示質量和能量之間的轉變關系 對質量虧損 切忌不能誤解為這部分質量轉變成了能量 質能方程的本質是 第一 質量或能量是物質的屬性之一 決不能把物質和它們的某一屬性 質量和能量 等同起來 第二 質能方程揭示了質量和能量的不可分割性 方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關系 這兩個量分別遵守質量守恒和能量守恒 質量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉化 第三 質量虧損不是否定了質量守恒定律 根據(jù)愛因斯坦的相對論 輻射出的 光子靜質量雖然為零 但它有動質量 而且這個動質量剛好等于虧損的質量 所以質量守恒 能量守恒仍成立 即時應用 即時突破 小試牛刀 4 雙選 關于質能方程 下列哪些說法是正確的 A 質量減少 能量就會增加 在一定條件下質量轉化為能量B 物體獲得一定的能量 它的質量也相應地增加一定值C 物體一定有質量 但不一定有能量 所以質能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關系D 某一定量的質量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 解析 選BD 質量虧損的量說明虧損的質量以另外一種物質形式存在 故A錯 質能方程E mc2表明某一定量的質量與一定量的能量是相聯(lián)系的 當物體獲得一定的能量 即能量增加某一定值時 它的質量也相應增加一定值 并可根據(jù) E mc2進行計算 所以B D正確 課堂互動講練 A X是質子 該反應釋放能量B X是中子 該反應釋放能量C X是質子 該反應吸收能量D X是中子 該反應吸收能量 答案 B 方法總結 在核反應中是釋放還是吸收能量 需要確定反應前 后質量的變化 若質量減少即發(fā)生了質量虧損 則釋放出能量 反之吸收能量 A 反應過程中的質量虧損是0 078uB 反應過程中的質量虧損是1 29 10 29kgC 反應過程中釋放的能量是7 27MeVD 反應過程中釋放的能量是1 16 10 19J 答案 BC 方法總結 方程 E mc2中 m的單位用 kg c的單位用 m s 則 E的單位為 J 若 m的單位用 u 可直接用質量單位1u對應的能量為931 5MeV來求解 粒子的質量m 6 6467 10 27kg 質子的質量mp 1 6726 10 27kg 中子的質量mn 1 6749 10 27kg 求 粒子 氦核 的比結合能 思路點撥 1 原子核的質量虧損為核子的總質量與原子核的質量之差 2 比結合能為結合能與核子數(shù)之比 答案 6 8MeV 變式訓練H的質量是3 016050u 質子的質量是1 007277u 中子的質量是1 008665u 求 1 一個質子和兩個中子結合為氚核時 是吸收還是放出能量 該能量為多少 2 氚核的結合能和平均結合能各是多少 3 如果這些能量是以光子的形式放出 則光子的頻率是多少 答案 見解析 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全