2016-2017学年高中物理 第19章 原子核新人教版选修3-5_4

成才之路 物理 路漫漫其修远兮 吾将上下而求索 人教版 选修 3-5 原子核 第十九章 第五节 核力与结合能 第十九章 学习目标定位1 课堂情景切入2 知识自主梳理3 重点难点突破4 考点题型设计5 课 时 作 业7 易错案例剖析6 学习目标定位 知道核力及其作用过程 了解原子核中质子与中子的比例 掌握结合能与质量亏损 课堂情景切入 1945年 7月 16日，第一颗原子弹在新墨西哥州 的荒漠上爆炸成功，其爆炸力相当于 1.8万吨 TNT炸药 爆炸时安放原子弹的钢塔全部熔化，在半径 400m的范围内 ，沙石都被烧成黄绿色的玻璃状物质，半径 1600m范围内 所有动植物全部死亡 巨大的核能是从哪里来的？ 知识自主梳理 1 核力 组成原子核的 _之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。 2 核力的性 质 核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。 (1)核力是强相互作用 (强力 )的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力 _。 核力与四种基本相互作用 每个相邻核子 大得多 (2)核力是短程力，作用范围在 _m之内，核力在大于 0.810 15m时 表现为 _力，且随距离增大而减小，超过 1.510 15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于 0.810 15m时，核力表现为 _，因此核子不会融合在一起。 (3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 _。 1.510 15 吸引 斥力 饱和性 3 四种基本相互作用 (1)万有引力 (长程力 ) (2)电磁相互作用 (长程力 ) (3)强相互作用 (短程力 ) (4)弱相互作用 (短程力 ) 1 较轻 的原子核 质子数和中子数 _。 2 轻 重原子核 中子数 _质子数，越重的原子核两者相差越多。 原子核中 质 子与中子的比例 大致相等 大于 1 结 合能 核子结合成原子核时 _的能量，或原子核分解成核子时 _的能量，都叫做原子核的 结合能。 2 比 结 合能 原子核的结合能与其 _之比，称做比结合能。 3 比 结 合能与原子核的 稳 定性 比结合能的大小能够反映核的稳定程度， _能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定。 结 合能 放出 吸收 核子数 比结合 1 质 量 亏 损 组成原子核的 _的总质量与新 _的质量之差，叫做核的质量亏损。 2 质 能方程 E _ (或 E _) 这就是著名的爱因斯坦质能方程。 质 能方程 核子 原子核 mc2 mc2 重点难点突破 一、 对 原子核 稳 定性的理解 1 原子的 稳 定性 原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库 仑力，原子核就不稳定了。这时，如果不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有 相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性。 2 核力的 饱 和性 稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原 子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。所以，原子 核大小也受到限制。 特 别 提醒： 核力与带电荷情况无关。无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，且是相同的。 答案： 核子间存在核力，当核力的作用范围小于 0.810 15m时，核力表现为斥力，因此核子不 会融合在一起。 二、 对质 量 亏 损 和 质 能方程的理解 1 对质 量 亏 损 的理解 (1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质 量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。 (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。 2 对质 能方程 E mc2的理解 (1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的 ，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各 种能量的总和。 (2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之 减少，这时质能方程也写作 E mc2。 (3)质能方程的本质： 质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性 (质量和能量 )等同起来； 质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守 恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化； 质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的 光子静质量虽然为零，但它有动质量 ，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。 特 别 提醒： (1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射 光子的运动质量刚 好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒。 (2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。 答案： (1)核反应前后质量守恒和能量守恒 (2)守恒 三、 结 合能的 计 算方法 1 根据 质 量 亏 损计 算 (1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损 m。 (2)根据爱因斯坦质能方程 E mc2计算核能。 其中 m的单位是千克， E的单位是焦耳。 3 根据能量守恒和 动 量守恒来 计 算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出 核能的变化。 4 利用平均 结 合能来 计 算核能 原子核的结合能核子的平均结合能 核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有 新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放 (或吸收 )的核能。 考点题型设计 对 核力的 认识 解析： 核力是 强 相互作用的一种表 现 ，它的作用范 围 在 1.510 15m之内，核力比 库仑 力大得多。因此， 选项 B正确 ， A错误 。 核力在大于 0.810 15m时 ，表 现为 吸引力，且随距离增 大而减小，在距离小于 0.810 15m时 ，核力表 现为 斥力，因 此核子不会融合在一起。所以， 选项 C正确。 人 们对 核力的了解 还 不是很清楚， 这 是科学家 们奋 力攻 克的堡 垒 ，故 D项 不正确。 答案： BC 答案： D 解析： 核力是核子之 间 的一种 强 相互作用，其相互作用力 巨大， 远 超 过 两个 质 子之 间 的 库仑 力，两 质 子之 间 的万有引 力 远 小于 库仑 力，故 选项 D正确。 对结 合能与比 结 合能的理解 解析： 核子 结 合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子 是吸收能量， A选项错 ；比 结 合能越大的原子核越 稳 定，但比 结 合能越大的原子核，其 结 合能不一定大，例如中等 质 量原子 核的比 结 合能比重核大，但由于核子数比重核少，其 结 合能比 重核反而小， B、 C选项错 ；中等 质 量原子核的比 结 合能比 轻 核的大，它的原子核内核子数又比 轻 核多，因此它的 结 合能也 比 轻 核大， D选项 正确。 答案： D 答案： AD 解析： 由自由核子 结 合成原子核的 过 程中，核力做正功， 释 放出能量。反之，将原子核分开 变为 自由核子，它需要吸收 相 应 的能量， 该 能量即 为结 合能，故 A正确， B错误 ； 对 核子 较 多的原子核的 结 合能越大，但它的比 结 合能不一定大，比 结 合能的大小反映了原子核的 稳 定性，故 C错误 ， D正确。 结 合能和 质 量 亏 损 的 计 算 易错案例剖析 易 错 分析： 根据质能方程 E mc2，错误的判断出质量与能量之间可相互转化，而错选 A项；根 据 E mc2，认为释放的核能是由亏损的质量转化来的，从而错选 C、 D两项。 正确解答： E mc2说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是