2019_2020学年高中物理第4章第4节核力与结合能教案粤教版.docx

第四节核力与结合能学习目标1.知道核力的概念与特点(重点)2.会解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.3.理解结合能与平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损(重点)4.知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能进行基本的核能计算(难点)一、核力及其性质、重核与轻核1核力(1)定义：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力(2)特点：核力是一种很强的力，在约0.51015m21015m的距离内主要表现为引力，在小于0.51015m的距离内表现为强大的斥力，大于21015m核力就迅速减小到零，所以核力是一种短程力2重核和轻核排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫做重核；排在比较靠前的叫轻核二、结合能1两个典型核反应方程(1)用光子照射氘核，使它分解的核反应方程为：HHn(2)一个中子和一个质子结合成氘核的核反应方程为：HnH(3)由于核子间存在强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是要提供一定的能量2结合能：核子结合成原子核时也会放出一定的能量这个能量叫做原子核的结合能3平均结合能：原子核的结合能与核子数之比叫平均结合能4爱因斯坦质能方程：Emc2.1正误判断(正确的打“”，错误的打“”)(1)核力有时表现为引力，有时表现为斥力()(2)原子核中的中子数又称为原子序数()(3)氘核分解为质子和中子时，要放出能量()(4)结合能反映了一个原子核结合的紧密程度，结合能越大，原子核越稳定()(5)由于核反应存在质量亏损，所以反应前后质量不守恒，但能量是守恒的()2下列关于核力的说法正确的是()A核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B核力就是电磁力C核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内D核力与电荷有关C核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内，超过1.51015 m，核力急剧下降，几乎消失，故选项C正确核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误核力与电荷无关，故选项D错误3为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”对于爱因斯坦提出的质能方程Emc2，下列说法中不正确的是 ()AEmc2表明物体具有的能量与其质量成正比B根据Emc2可以计算核反应中释放的核能C一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损DEmc2中的E是发生核反应中释放的核能D质能方程Emc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量故A说法正确，D说法错误；对于Emc2表示的意义是当物体的能量增加或减小E时，它的质量也会相应地增加或减少m，故B说法正确；只有出现质量亏损时，才能释放核能，故C说法正确所以选D.核力及其性质1.四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用(1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状万有引力是长程力(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子质子转变的原因弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为1018 m，作用强度则比电磁力小2核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现(2)核力是短程力约在1015 m数量级时起作用，距离大于0.81015 m时为引力，距离小于0.81015 m时为斥力，距离大于1.51015 m时核力几乎消失(3)核力具有饱和性核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用(4)核力具有电荷无关性核力与核子电荷无关3原子核中质子与中子的比例关系(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多(2)形成原因：若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的【例1】关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()A原子核中质子数和中子数一定相等B稳定的重原子核里，质子数比中子数多C原子核都是非常稳定的D由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在思路点拨：解答本题时应注意以下两点：(1)轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数大于质子数(2)由于核力是短程力，原子核的大小有一定的限制D由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A、B错误；原子核可以发生衰变，故C错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故D正确记忆核力特点技巧1核子包括质子和中子，而中子不带电，所以核力与电荷无关2原子核非常小，所以核力属于短程力3质子间的核力比库仑力大得多，属于强相互作用力训练角度1：对核力的认识1对核力的认识，下列说法正确的是()A任何物体之间均存在核力B每个核子只跟邻近的核子发生核力作用C核力只存在于质子之间D核力是弱相互作用的一种表现B由核力的特点知道，只有相距1.51015 m的核子之间存在核力，核力是短程力，核力只发生在核子之间，是强相互作用训练角度2：原子核中质子数与中子数的关系2对原子核的组成，下列说法正确的是()A核力可使一些中子组成原子核B核力可使非常多的质子组成原子核C自然界中不存在只有质子的原子核D质量较大的原子核内一定有中子D由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确. 结合能的理解与核能计算1.平均结合能与原子核稳定的关系(1)平均结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示原子核较稳定. (3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就可能释放核能例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能2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的规律核反应中的质量亏损，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3对质能方程的理解(1)爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系Emc2，或物体的质量与其总能量的数量关系Emc2，此方程揭示了质量和能量不可分割，二者在数值上存在着简单的正比关系(2)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4核能的计算(1)根据爱因斯坦的质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(m)的千克数乘以真空中光速的平方(c3108 m/s)，即Emc2.(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏特(MeV)能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV.【例2】一个锂核(Li)受到一个质子的轰击，变成两个粒子已知质子的质量是1.673 61027 kg，锂核的质量是11.650 51027 kg，氦核的质量是6.646 61027 kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量解析(1)核反应方程是：LiH2He.(2)核反应的质量亏损mmLimH2m(11.650 510271.6736102726.646 61027)kg3.091029 kg释放的能量：Emc23.091029(3108)2 J2.7811012 J答案(1)LiH2He(2)2.7811012 J核能的两种计算方法1若以kg为质量亏损m的单位，则计算时应用公式Emc2.2若以原子单位“u”为质量亏损单位，则Em931.5 MeV.3两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV11061.61019 J1.61013 J训练角度1：结合能与平均结合能的理解3下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有()A核子结合成原子核时放出能量，拆解原子核要吸收能量B平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大D中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要小A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正确；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均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平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，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选项错误训练角度2：核能的计算4氘核和氚核反应时的核反应方程为HHHen，已知H的平均结合能是2.78 MeV，H的平均结合能是1.09MeV，He的平均结合能是7.03 MeV，试计算核反应时释放的能量解析反应前氘核和氚核的总结合能E1(1.0922.783) MeV10.52 MeV反应后生成的氦核的结合能E27.034 MeV28.12 MeV由于单个核子无结合能，所以反应过程释放的能量EE2E1(28.1210.52) MeV17.6 MeV.答案17.6 MeV课 堂 小 结知 识 脉 络1.原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，核力属于强相互作用力，是短程力.2.把原子核内核子分开需要克服核力所做的功，叫做结合能，结合能与核子数之比叫作平均结合能平均结合能越大，核越稳定.3.原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损.1氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是()A核力、万有引力、库仑力B万有引力、库仑力、核力C库仑力、核力、万有引力D核力、库仑力、万有引力D本题考查核子间作用力的大小核子间的核力最大，万有引力最小，D项正确2激光中子是由重原子核吸收光子后发射中子而产生的，光子的极限能量大约是10 MeV.假定中子从原子核上向外移开距离1013 cm所受的力保持不变，则平均核力的数量级是 ()A103 NB10 NC103 N D无法计算C核力是一种很强的力，应存在于相邻的核子之间，作用范围在1.51015 m之内，由题意知：FdWE，则F N1.6103 N，故选项C正确3(多选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的()A质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D一定量的质量总是与一定量