2022年高二物理《195 核力與結(jié)合能》教案 新人教版選修3-5

《2022年高二物理《195 核力與結(jié)合能》教案 新人教版選修3-5》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2022年高二物理《195 核力與結(jié)合能》教案 新人教版選修3-5（5頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、2022年高二物理《195 核力與結(jié)合能》教案 新人教版選修3-5 ★新課標要求 （一）知識與技能 1．知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用； 2．知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減?。? 3．理解結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損； 4．知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。 （二）過程與方法 1．會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計算核反應(yīng)中釋放的核能； 2．培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、推理能力、及數(shù)學(xué)計算能力。 （三）情感、態(tài)度與價值觀 1．使學(xué)生樹立起實踐是檢驗真理的標準、科學(xué)理論對實踐有著指導(dǎo)和預(yù)見作用的能力； 2．認識開發(fā)和利用

2、核能對解決人類能源危機的重要意義。 ★教學(xué)重點 質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解。 ★教學(xué)難點 結(jié)合能的概念、愛因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關(guān)系。 ★教學(xué)方法復(fù)習提問：氦原子核中有兩個質(zhì)子，質(zhì)子質(zhì)量為mp=1.67×10-27kg，帶電量為元電荷e=1.6×10-19C，原子核的直徑的數(shù)量級為10-15m，那么兩個質(zhì)子之間的庫侖斥力與萬有引力兩者相差多少倍? 學(xué)生通過計算回答：兩者相差1036倍 問：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子之間的庫侖斥力為萬有引力的1036倍，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

3、學(xué)習這方面的內(nèi)容，也就是第五節(jié)：核力與結(jié)合能. （二）進行新課 1．核力與四種基本相互作用( 點撥：20世紀初人們只知道自然界存在著兩種力：一種是萬有引力，另一種是電磁力(庫侖力是一種電磁力)。在相同的距離上，這兩種力的強度差別很大。電磁力大約要比萬有引力強1036倍。 基于這兩種力的性質(zhì)，原子核中的質(zhì)子要靠自身的引力來抗衡相互間的庫侖斥力是不可能的。核物理學(xué)家猜想，原子核里的核子間有第三種相互作用存在，即存在著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核,后來的實驗證實了科學(xué)家的猜測. 問：那么核力有怎樣特點呢? 學(xué)生：閱讀教材核力的特點部分，討論、總結(jié)并回答核力

4、特點： （1）_________________________________________。 （2）__________________________________________________。 （3）_________________________________________________________________。 教師總結(jié)：除核力外，核物理學(xué)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(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子轉(zhuǎn)變質(zhì)子的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為10-18m，作用強度則比電磁力小。 四種基

5、本相互作用力 弱力、強力、電磁力、引力分別在不同的尺度上發(fā)揮作用： 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(lǐng)風騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團，決定著宇宙的現(xiàn)狀?！L程力 2．原子核中質(zhì)子與中子的比例 引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材原子核中質(zhì)子與中子的比例部分及掛圖，思考兩個問題：隨著原子序數(shù)的增加，穩(wěn)定原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有怎樣的關(guān)

6、系？ 結(jié)論：____________________________________________________________________。 學(xué)生閱讀教材思考: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)? 提示學(xué)生從電磁力和核力的作用范圍去考慮。 總結(jié)：（1）若質(zhì)子與中子成對地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了； (2)若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定

7、，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。 (3)由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。因此只有200多種穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。 3．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(yīng)才會發(fā)生. 相反的過程一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量。

8、這表明要把原子核分開成核子要吸收能量，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個能量叫做原子核的結(jié)合能. 原子核越大，它的結(jié)合能越高,因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。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. 點撥：那么如何求原子核的結(jié)合能呢?愛因斯坦從相對論得出了物體能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，指出了求原子核的結(jié)合能的方法。 4．質(zhì)量虧損 （1）質(zhì)量虧損 科學(xué)家研究證明在核反應(yīng)中原子核的總質(zhì)量并不相等，例如精確計算表明：氘核的質(zhì)量比一個中子和一個質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯的表現(xiàn)出來. （2）愛因

9、斯坦質(zhì)能方程： E＝mc2 相對論指出，物體的能量（E）和質(zhì)量（m）之間存在著密切的關(guān)系，即E＝mc2式中， c為真空中的光速。 愛因斯坦質(zhì)能方程表明：物體所具有的能量跟它的質(zhì)量成正比。由于c2這個數(shù)值十分巨大，因而物體的能量是十分可觀的。 （3）核反應(yīng)中由于質(zhì)量虧損而釋放的能量：△E=△m c2 單個的質(zhì)子、中子的質(zhì)量已經(jīng)精確測定。用質(zhì)譜儀或其他儀器測定某種原子核的質(zhì)量，與同等數(shù)量的質(zhì)子、中子的質(zhì)量之和相比較，看一看兩條途徑得到的質(zhì)量之差，就能推知原子核的結(jié)合能。 注意以下幾點： 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

10、關(guān)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(yīng)中仍然遵守質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律; 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。 例題：已知1個質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.007 277u，1個中子的質(zhì)量mn=1.008 665u.氦核的質(zhì)量為4.001 509 u. 這里u表示原子質(zhì)量單位，1 u=1.660 566×10-27 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。 （三）課堂小結(jié) 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程自然界中物體的質(zhì)量和能量間存在著一定對應(yīng)關(guān)系：E=mc2，可見物質(zhì)世界貯藏著巨大能量，問題是如何使

11、貯藏的能量釋放出來。人類以前利用的是燃料燃燒時釋放的化學(xué)能。在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，是原子外層電子的得失，這種情況下人類獲取的能量可以說屬于原子的“皮能”。在核反應(yīng)時，可以產(chǎn)生較大一些的質(zhì)量虧損，從而使人類獲得了大得多的能量，這里的變化屬于原子核的變化，相應(yīng)的能量稱作原子核能。 鞏固練習 1．組成原子核的核子之間有很強的___________，使核子能夠克服庫侖斥力而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱為___________，它是一種強相互作用力。 2．自然界中原子序數(shù)較___________的原子核，其質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等；但原子序數(shù)較___________的原子核，中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多，越重的元素，

12、兩者的差越大。 3．核子結(jié)合在一起時放出的能量或原子核分解成核子時吸收的能量稱為原子核的____________，它與核子數(shù)的比值叫________________。在結(jié)合或分解過程中，反應(yīng)物與生成物的質(zhì)量之差叫______________。 4．已知氮核的質(zhì)量為14.00735u，氧核的質(zhì)量為17.00454u，氦核的質(zhì)量為4.00387u，質(zhì)子的質(zhì)量為1.00815u，則核反應(yīng)N＋He →O＋H是____________（填“釋能”“吸能”）反應(yīng)，能量變化了________________J。 6．下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是 ( ) A．愛

13、因斯坦的質(zhì)能方程說明了物體質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 B．由質(zhì)能方程可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所含有的能量的量度 C．核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化成的 D．因在核反應(yīng)中產(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)的的總能量不守恒 7．下列四個核反應(yīng)中，X表示中子的是 ( ) A．N＋He →O＋X B．Al＋He →P＋X C．H＋H →He＋X D．U＋X →Xe＋Sr＋10n 8．用α粒子轟擊硼10后，生在了氮13，并放出X粒子；而氮13不穩(wěn)定，它放出Y粒子后變成碳13，

14、則X和Y分別是 ( ) A．質(zhì)子和中子 B．質(zhì)子和正電子 C．中子和電子 D．中子和正電子 9．對質(zhì)能方程，下列說法正確的是 ( ) A．能量可以轉(zhuǎn)化為質(zhì)量 B．質(zhì)量可轉(zhuǎn)化為能量 C．能量的轉(zhuǎn)化與質(zhì)量的轉(zhuǎn)化是成比例的 D．在核反應(yīng)中能量與質(zhì)量都不守恒 10．中子n、質(zhì)子P、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mP、mD，現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止的氘核使之分解，核反應(yīng)方程為γ＋D → P＋n，若分解后中子、質(zhì)子的動能可視為相等，且能量都以動能的形式存在，則中子的動能是

15、 ( ) A．( mD－mP－mn)c2－E B．( mD＋mn－mP)c2＋E C．( mD－mP－mn)c2＋E D．( mD＋mP－mn)c2－E 11．靜止的鐳核Ra發(fā)生α衰變，釋放出的α粒子的動能為E，設(shè)衰變過程中釋放的能量全部以動能的形式釋放，則衰變過程中的質(zhì)量虧損為 ( ) A． B． C． D． 12．一個α粒子轟擊硼（B）核變成碳14和一個未知粒子，并放出7.5×105eV的能量，寫出核反應(yīng)方程并求出反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損。 13．19

16、93年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得一種新的鉑元素的同位素鉑202（Pt），制取過程如下：（1）用質(zhì)子轟擊鈹9（Be）產(chǎn)生快中子；（2）用快中子轟擊汞204（Hg），反應(yīng)過程中可能有兩種：①生成鉑202，并放出α粒子；②生成鉑202，并放出質(zhì)子、中子。（3）生成的鉑202發(fā)生兩次衰變，變成穩(wěn)定的原子核汞202，寫出上述所有的核反應(yīng)方程。 14．已知原子核Po的質(zhì)量為209.98287u，原子核Pb的質(zhì)量為205.97446u，α粒子的質(zhì)量為4.00260，靜止的核Po在衰變中放出α粒子后變成核Pb，求： （1）衰變過程中的質(zhì)量虧損； （2）衰變過程中釋放的能量； （3）衰變后的瞬間，α粒子和Pb的動能。