人教版選修(3-5)《核力與結(jié)合能》學案

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1、 最 新 第十九章 原子核 人 第 5 節(jié) 核力與結(jié)合能 【學習目標 】 教 1、知道核力的概念和特點 ,能簡單解釋輕核與重核內(nèi)中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)具有不同比例的原 因。 2、通過合作探究理解結(jié)合能的概念 ,會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計算核反應中釋放 版 的核能。 3、積極投入學習 ,培養(yǎng)自己的理解、推理及數(shù)學計算能力。 選 【重難點】 重點是質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的運用 ,難點是對結(jié)合能的理解。 修 【新課導入 】

2、原子核的半徑約為 10 -15 m , 只相當原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì) ( 3  子與質(zhì)子間的庫侖斥力是很大 , 萬有引力太小 , 只有庫侖力的 10 -36 。那么質(zhì)子為什么能擠在 一起而不飛散 ? 會不會在原子核中有一種過去不知道的力 , 把核子束縛在一起了呢 ? 今天就 來學習這方面的內(nèi)容 ,也就是第五節(jié)：核力與結(jié)合能 - 5 )  【問題導學 】 學點Ⅰ核力與四種基本相互作用 1 、定義：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做 2 、閱讀

3、教材核力的特點部分 ,討論、總結(jié)并回答核力特點： 《 （1 ）核力是 ( 強力 ) 的一種表現(xiàn)。 （2 ）核力是 力 , 作用范圍在 m 之內(nèi)。距離大于 0.8 10 -15 m 時為 力, 距離為 核 10 10 -15 m 時核力 , 距離小于 0.8 10 -15 m 時為 力。 （3 ）核力具有性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力 ,而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生 力 作用。 3 、除核力外 ,核物理學家還在原子核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自然界的第四種相互作用 — 弱相互作用

4、( 弱 與 力), 弱相互作用是引起 的原因 ,即引起中子轉(zhuǎn)變質(zhì)子的原因。弱相互作用也是短程力, 結(jié) 其力程比強力更短 ,為 10 -18 m, 作用強度則比電磁力小。 [ 拓展 ] 弱力、強力、電磁力、引力和分別在不同的尺度上發(fā)揮作用： 合 能  ①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核 β 衰變的原因→短程力 ②強力（強相互作用）：在原子核內(nèi) , 強力將核子束縛在一起→短程力 ③電磁力：電磁力在原子核外 , 電磁力使電子不脫離原子核而形成原子 , 使原了結(jié)合成 分子 , 使分子結(jié)合成

5、液體和固體?！L程力 》 ④引力：引力主要在宏觀和宇觀尺度上“獨領風騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn) , 并且 學 聯(lián)系著星系團 , 決定著宇宙的現(xiàn)狀?！L程力 案 學點Ⅱ原子核中質(zhì)子與中子的比例 1 / 4 觀察穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關系圖 ,你有什么發(fā)現(xiàn)？ 從圖中可以看出： 自然界中較輕的原子核 ,質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致 , 但對于較重的原子核 ,中 子數(shù) 質(zhì)子數(shù) ,越重的元素 ,兩者相差越多。 閱讀教材思考為什么隨著原子序數(shù)的增加 ,穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)？（提示：從 電磁力和核

6、力的作用范圍去考慮） 學點Ⅲ 結(jié)合能 由于核子間存在著強大的核力 , 原子核是一個堅固的集合體。要把原子核拆散成核子 ,需要 克服核力做巨大的功 ,, 或者需要巨大的能量。例如用強大的 γ 光子照射氘核 , 可以使它分解 為一個質(zhì)子和一個中子。從實驗知道只有當光子能量等于或大于 2.22MeV 時 , 這個反應 才會發(fā)生。 這表明要把原子核分開成核子要吸收能量 , 這個能量叫做原子核的 。原子核越 大, 它的結(jié)合能越 , 因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比 ,稱做 ,

7、 也叫平均結(jié) 合能。比結(jié)合能越 , 表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 ,原子核越穩(wěn)定。 說明： 1、結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而 的能量 , 而是為把核子分開而 的能 量。 2、不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的 , 從圖 19.5-3 可以看出：核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù) 較大的重核 , 比結(jié)合能都比較 , 中等核子數(shù)的原子核的比結(jié)合能最 , 表示這些原子核最 穩(wěn)定 3、當比結(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 , 就可以釋放

8、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(jié)合成一個核 子數(shù)大一些的核 , 都能釋放出巨大的核能。 學點Ⅳ 質(zhì)量虧損 1、如何測量計算原子核的結(jié)合能呢？閱讀課本 81 頁根據(jù)質(zhì)能方程自己完成例題。 2、請寫出愛因斯坦的質(zhì)能方程以及質(zhì)量虧損的定義。 注意： ①物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運動質(zhì)量 ,質(zhì)量虧損指的是靜止質(zhì)量的減少 ,減少的靜 止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量有關的運動質(zhì)量。 ②質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?,只是靜止質(zhì)量的減少。 ③在核反應中仍然遵守質(zhì)量守恒定律、能

9、量守恒定律 ; ④質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。 3、核能的計算方法 （1 ）根據(jù)質(zhì)量虧損計算 ,步驟如下：①根據(jù)核反應方程 ,計算核反應前和核反應后的質(zhì)量虧 損△ m ；②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 E ＝ mc 2 或△ E= △ m c 2 計算核能；③計算過程中△ m 2 / 4 的單位是千克 , △ E 的單位是焦耳 （2 ）利用原子質(zhì)量單位 u 和能量單位 eV 計算 ,明確原子質(zhì)量單位 u 和 eV 之間的關系 , 即 1u 相當于 931MeV , 根據(jù)此關系可用核子結(jié)合成原子核時

10、質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以 931MeV , 即△ E= △ m931MeV ,此式中△ m 的單位是 u, △ E 的單位是 MeV （ 3 ）利用平均結(jié)合能來計算核能 （ 4 ）根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能 （ 5 ）應用阿伏伽德羅常數(shù)計算核能 【自學檢測】 請同學們把課本 82 頁的問題與練習做在下面 1、科學研究表明 , 自然界存在四種基本相互作用 , 我們知道分子之間也存在相互作用的引力 和斥力 , 那么分子力實質(zhì)上屬于（ ） A、引力相互作用 B 、電磁相互作用 C、

11、強相互作用和弱相互作用的共同作用 D 、四種基本相互作用的共同作用 2、關于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中 , 正確的是（ ） 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 3、下列說法中 , 正確的是 ( ) A．愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量 , 它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 B．由 E=mc 2 可知 , 能量與質(zhì)量之間存在著正比關系 ,

12、可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊藏的能量 的量度 C．核反應中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成的 D．因在核反應中能產(chǎn)生能量 , 有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化 , 所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒 , 系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒 4 、已知一個 U235 核吸收一個中子后可能發(fā)生的反應是 23592U 01n 14156Ba 3692Kr 301n , 若 U235 核的質(zhì)量為 M , 中子的質(zhì)量為 m 0 ,Ba141 核的質(zhì)量為 m 1 ,Kr92 核的質(zhì)量為 m 2 , 真 空中的光速 c ,則該核反應釋放的能量 E ＝ 。 5

13、、已知 1 個質(zhì)子的質(zhì)量 m p =1.007 277u,1 個中子的質(zhì)量 m n =1.008 665u. 氦核的質(zhì) 量為 4.001509 u. 這里 u 表示原子質(zhì)量單位 ,1 u=1.660566 10 -27 kg. 由上述數(shù)值 , 計 算 2 個質(zhì)子和 2 個中子結(jié)合成氦核時釋放的能量。 【拓展提升 】 1 、在正負電子 “湮滅 ”實驗中 ,產(chǎn)生的兩個光子的總能量為多少 ?( 已知 m e =0.000549u) 3 / 4

14、 2 、原來靜止的質(zhì)量為 m 0 的原子核 , 放出 α粒子后轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量為 m 1 的原子核 , 該新核在其 運動方向上又放出 α 粒子而衰變成靜止的質(zhì)量為 m 1 的原子核 , 試求兩個 α粒子的動能 , 已 知 α粒子的質(zhì)量為 m α． 3 、 （ 選 做 ） 已 知 21084 Po 原 子 核 質(zhì) 量 為 209.98287u, 20682 Pb 原 子 核 質(zhì) 量 為 205.97646u, 42 He 原子核的質(zhì)量為 4.00260u, 靜止的 21084 Po 核在 α 衰變中

15、放出 α 粒子 后變成 20682 Pb, 求： (1) 在衰變過程中釋放的能量； (2) α粒子從 Po 核中射出時的動能； (3) 反沖核的動能． (已知 lu=931.5MeV, 且核反應釋放的能量只轉(zhuǎn)化為動能 ) 【當堂檢測】 1 、下列關于核力的說法中正確的是（ ） A 、核力就是電磁力 B 、核力同萬有引力沒有什么區(qū)別 , 都是物體間的作用 C 、核力與電荷有關 D 、核力是短程力 ,作用范圍在 1.5 10 -15 m 之內(nèi) 2 、兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個氦核 , 同時釋放一定的核能 , 若已知中子質(zhì)量為 l.0087u, 質(zhì)子質(zhì)量為 1.0773u, 氦核質(zhì)量為 4.0026u ．試計算用中子和質(zhì)子生lkg 的氦 時, 要釋放的核能． 【小結(jié)與反思】 4 / 4