物理：第4章第四節(jié)《核力與結(jié)合能》課件（粵教版選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第四節(jié)核力與結(jié)合能 課前自主學(xué)案 核心要點(diǎn)突破 課標(biāo)定位 課堂互動(dòng)講練 第四節(jié) 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 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(jié)合能與質(zhì)量虧損 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 核力 2 結(jié)合能的計(jì)算 課前自主學(xué)案 一 核力及其性質(zhì)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(jié)合在一起 這種力稱為核力 2 核力的性質(zhì) 核力是一種很強(qiáng)的力 在約0 5 10 15m 2 10 15m的距離內(nèi)主要表現(xiàn)為 在大于2 10 15m的距離時(shí)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(nèi) 核力又轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)大的 而使核子不融合在一起 強(qiáng) 庫(kù)侖力 引力 短程力 斥力 思考感悟原子核很小 結(jié)構(gòu)卻十分復(fù)雜 除氫核外 其他各種元素的原子核中既有帶正電的質(zhì)子 又有不帶電的中子 如鈾235的核內(nèi)有92個(gè)質(zhì)子 143個(gè)中子 那么 質(zhì)子間的靜電斥力為什么沒(méi)有把它們驅(qū)散開(kāi)來(lái) 中子不帶電 為什么同樣能聚集在一起 這么多的核子 質(zhì)子和中子 擠在半徑小于10 14m的原子核內(nèi) 為什么能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)呢 提示 因?yàn)楹肆Φ拇嬖?二 重核與輕核1 原子核中的質(zhì)子數(shù)又稱為 2 重核 排在周期表中比較靠 的元素對(duì)應(yīng)的原子核叫重核 3 輕核 排在周期表中比較靠 的元素對(duì)應(yīng)的原子核叫輕核 原子序數(shù) 后 前 三 結(jié)合能1 結(jié)合能 由于核子間存在著強(qiáng)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(guò)來(lái) 結(jié)合成原子核時(shí)也會(huì)放出一定的能量 這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能 核力 核子 2 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程 核子結(jié)合成原子核時(shí) 反應(yīng)前后存在 虧損的質(zhì)量與反應(yīng)中釋放的能量相對(duì)應(yīng) 它們之間的關(guān)系遵循愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程 即 E E為反應(yīng)中釋放的能量 即結(jié)合能 m為質(zhì)量虧損 3 平均結(jié)合能 原子核的結(jié)合能與核子數(shù) 稱為該原子核的平均結(jié)合能 平均結(jié)合能越大 核越 質(zhì)量虧損 mc2 之比 穩(wěn)定 核心要點(diǎn)突破 一 核力的理解1 原子核內(nèi)的質(zhì)子相距很近 庫(kù)侖斥力很大 然而核力卻使它們緊緊約束在一起 可見(jiàn)核力是強(qiáng)相互作用 強(qiáng)力 的一種表現(xiàn) 在原子核的尺度內(nèi) 核力比庫(kù)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(nèi)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(nèi) 核力又轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)大的斥力而使核子不融合在一起 3 每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用 這種性質(zhì)稱為核力的飽和性 4 核力與核子是否帶電無(wú)關(guān) 質(zhì)子和質(zhì)子間 質(zhì)子和中子間 中子和中子間都存在核力作用 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 單選 關(guān)于核力的說(shuō)法正確的是 A 核力同萬(wàn)有引力沒(méi)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(nèi)D 核力與電荷有關(guān) 解析 選C 核力是短程力 超過(guò)2 10 15m 核力急劇下降幾乎消失 故C對(duì) 核力與萬(wàn)有引力 電磁力不同 故A B不對(duì) 核力與電荷無(wú)關(guān) 故D錯(cuò) 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(duì)應(yīng)的原子核叫重核 排在比較靠前的叫輕核 2 原子核中質(zhì)子和中子的比例關(guān)系自然界中較輕的原子核 其質(zhì)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(zhì)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(hào)元素鉍之后的原子核都不穩(wěn)定 它們自動(dòng)分解或衰變成更輕的原子核 排在第92號(hào)元素鈾之后的原子核十分不穩(wěn)定 無(wú)法在自然狀態(tài)下存在 圖4 4 1 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 單選 關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說(shuō)法 正確的是 A 原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B 穩(wěn)定的重原子核里 質(zhì)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(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 但對(duì)于較重的原子核 中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) 越重的元素 兩者相差越多 故D項(xiàng)正確 三 結(jié)合能的理解1 結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的 要把它們分開(kāi)需要能量 這就是原子核的結(jié)合能 它等于核子結(jié)合為原子核時(shí)放出的能量 2 平均結(jié)合能 1 定義 原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比 稱為平均結(jié)合能 也叫比結(jié)合能 2 與原子核穩(wěn)定性的關(guān)系 比結(jié)合能越大 表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 原子核越穩(wěn)定 中等大小的核的比結(jié)合能最大 這些核最穩(wěn)定 3 當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí) 就可釋放核能 例如 一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核 或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核 都能釋放出巨大的核能 特別提醒 結(jié)合能是核子結(jié)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(jié)合能是核子結(jié)合成原子核時(shí)每個(gè)核子平均放出的能量或原子核拆解成核子時(shí)平均每個(gè)核子吸收的能量 結(jié)合能大的原子核 比結(jié)合能不一定大 結(jié)合能小的原子核 比結(jié)合能不一定小 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 單選 下面關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中 正確的有 A 核子結(jié)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(jié)合能B 比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 因此它的結(jié)合能也一定越大C 重核與中等質(zhì)量原子核相比較 重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D 中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大 解析 選D 核子結(jié)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(xiàng)錯(cuò) 比結(jié)合能越大的原子核是越穩(wěn)定 但比結(jié)合能越大的原子核 其結(jié)合能不一定大 例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大 但由于核子數(shù)比重核少 其結(jié)合能比重核反而小 B C選項(xiàng)錯(cuò) 中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大 它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多 因此它的結(jié)合能也比輕核大 D選項(xiàng)正確 四 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程1 質(zhì)量虧損組成原子核的核子的總質(zhì)量與新原子核的質(zhì)量之差 叫做核的質(zhì)量虧損 質(zhì)量虧損表明 的確存在著原子核的結(jié)合能 2 質(zhì)能方程原子核釋放能量時(shí) 要產(chǎn)生質(zhì)量虧損 物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系 它們之間的關(guān)系是 E mc2 或 E mc2 這就是著名的愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程 因此在計(jì)算核能時(shí) 可以通過(guò)先計(jì)算質(zhì)量虧損 m 再代入質(zhì)能方程求出核能 3 質(zhì)能方程的本質(zhì)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程反映的是質(zhì)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(zhì)量和能量之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系 對(duì)質(zhì)量虧損 切忌不能誤解為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量 質(zhì)能方程的本質(zhì)是 第一 質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一 決不能把物質(zhì)和它們的某一屬性 質(zhì)量和能量 等同起來(lái) 第二 質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性 方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系 這兩個(gè)量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒 質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化 第三 質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律 根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論 輻射出的 光子靜質(zhì)量雖然為零 但它有動(dòng)質(zhì)量 而且這個(gè)動(dòng)質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量 所以質(zhì)量守恒 能量守恒仍成立 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 4 雙選 關(guān)于質(zhì)能方程 下列哪些說(shuō)法是正確的 A 質(zhì)量減少 能量就會(huì)增加 在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B 物體獲得一定的能量 它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值C 物體一定有質(zhì)量 但不一定有能量 所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系D 某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 解析 選BD 質(zhì)量虧損的量說(shuō)明虧損的質(zhì)量以另外一種物質(zhì)形式存在 故A錯(cuò) 質(zhì)能方程E mc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的 當(dāng)物體獲得一定的能量 即能量增加某一定值時(shí) 它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值 并可根據(jù) E mc2進(jìn)行計(jì)算 所以B D正確 課堂互動(dòng)講練 A X是質(zhì)子 該反應(yīng)釋放能量B X是中子 該反應(yīng)釋放能量C X是質(zhì)子 該反應(yīng)吸收能量D X是中子 該反應(yīng)吸收能量 答案 B 方法總結(jié) 在核反應(yīng)中是釋放還是吸收能量 需要確定反應(yīng)前 后質(zhì)量的變化 若質(zhì)量減少即發(fā)生了質(zhì)量虧損 則釋放出能量 反之吸收能量 A 反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是0 078uB 反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是1 29 10 29kgC 反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是7 27MeVD 反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是1 16 10 19J 答案 BC 方法總結(jié) 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(zhì)量單位1u對(duì)應(yīng)的能量為931 5MeV來(lái)求解 粒子的質(zhì)量m 6 6467 10 27kg 質(zhì)子的質(zhì)量mp 1 6726 10 27kg 中子的質(zhì)量mn 1 6749 10 27kg 求 粒子 氦核 的比結(jié)合能 思路點(diǎn)撥 1 原子核的質(zhì)量虧損為核子的總質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差 2 比結(jié)合能為結(jié)合能與核子數(shù)之比 答案 6 8MeV 變式訓(xùn)練H的質(zhì)量是3 016050u 質(zhì)子的質(zhì)量是1 007277u 中子的質(zhì)量是1 008665u 求 1 一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí) 是吸收還是放出能量 該能量為多少 2 氚核的結(jié)合能和平均結(jié)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(jiàn)解析 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全