高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能课堂互动学案 新人教版选修3-5.doc

5 核力与结合能课堂互动三点剖析一、结合能的理解1.结合能 原子核的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出巨大的能量.结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量.比结合能越大，把核子分开而需要的能量就越多，原子核越稳定.2.质量亏损 光子的静质量为零，按相对论，光子的运动质量为：.核反应中，当计算进光子的质量后，反应前后的质量仍是守恒量.3.如果物体的能量增加了e，物体的质量也相应地增加m，反过来也一样.符合emc2的关系.二、核能的计算 根据爱因斯坦的质能方程，核反应中释放的核能的计算式为e=mc2，其中m为质量亏损，c为光速，e是与亏损质量相对应的能量.核能计算有两种方法：1.用e=mc2计算，计算时m的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，e的单位是“j”.2.用e=m931.5 mev计算，因1 u相当于931.5 mev的能量，所以计算时m的单位是“u”，e的单位是“mev”.三、核力的理解1.粒子间的四种基本相互作用，即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用.2.核力的几个特点：(1)核力是一种短程力.可分为三段： 短程部分：小于0.810-15 m，表现为很强的斥力，保证了原子核不致坍缩.中程部分：0.810-15 m1.510-15 m，表现为很强的引力，其强度比库仑力大得多，使原子核中的质子不致因互相排斥而散裂.长程部分：大于1.510-15 m，表现为很弱的、几乎消失的吸引力.(2)核力的饱和性，也就是原子核中的核子只与其附近的几个核子有作用力，而不是与原子核中的所有核子有作用力.(3)核力的电荷无关性，即核子之间的相互作用，无论是质子与质子、质子与中子、中子与中子，它们之间核力是相等的.各个击破【例1】“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊单位，符号为u，1 u=1.660 610-27 kg.已知碳-12原子的质量是12.000 000 u，一个碳-12原子可以看作是由6个氢原子(每个氢原子的质量是1.007 825 u)和6个中子组成(每个中子的质量是1.008 665 u)，求碳-12原子核的结合能.解析：在计算碳核的质量亏损时，因为与电子的能量有关的部分在相减过程中能消去.6个中子的总质量：6mn=61.008 665 u=6.051 990 u6个氢原子的总质量：6mh=61.007 825 u=6.046 950 u中子和氢原子的质量和：6mn+6mh=12.098 940 u碳-12原子的质量：mc=12.000 000 u质量亏损：m=0.098 940 u=1.64310-28 kg碳-12核的结合能：e=mc2ev=99.2 mev.答案：碳-12核的结合能是99.2 mev【例2】 云室处在磁感应强度为b的匀强磁场中，一静止的质量为m的原子核在云室中发生一次衰变，粒子的质量为m，电荷量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得粒子运动的轨道半径为r，试求在衰变过程中的质量亏损.(涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)解析：令v表示粒子的速度，由洛伦兹力和牛顿定律得：qvb=.令v表示衰变后剩余核的速度，在考虑衰变过程中系统的动量守恒时，因为亏损质量很小，可不予考虑，由动量守恒可知：(m-m)v=mv在衰变过程中，粒子和剩余核的动能来自于亏损质量，即mc2=(m-m)v2+mv2解得：m=.答案：温馨提示:本题把带电粒子在磁场中运动、动量守恒、爱因斯坦质能方程等知识点很好地综合起来，对综合分析能力有较高的要求.【例3】自然界中存在几种相互的作用？它们的特点如何？简答：按照现代物理学的观点，支配物质世界各种运动现象的力可归结为四种基本相互作用，这就是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用. 引力相互作用和电磁相互作用是长程力，它们的作用范围从理论上说是无限大.强相互作用和弱相互作用是短程力，弱相互作用只在10-15 m 范围内才有显著作用，弱相互作用的力程更短，不超过10-16 m. 引力作用是所有物质客体之间都存在的一种相互作用，称为万有引力，由于引力常量g很小，对于通常大小的物体，它们之间的引力是非常弱的，所以，对一般物体之间以及原子、分子间存在的万有引力常常忽略不计.但是，当物体的质量很大时，引力作用就十分重要了.因此，引力作用成为星体之间以及星体与其附近物体之间的相互作用. 电磁相互作用，包括静止电荷之间以及运动电荷之间的相互作用.静止的点电荷之间的相互作用力，是法国物理学家库仑发现的，叫做静电力或库仑力，运动着的带电粒子之间的相互作用力，除了静电力还有称为磁力的洛伦兹力，根据麦克斯韦的电磁理论和狭义相对论，电和磁是密切相联系的、统一的，因此，电力和磁力统称为电磁相互作用. 强相互作用和弱相互作用只在原子核和基本粒子的相互作用中才显示出来，强相互作用是介子和重子(包括质子、中子之间的相互作用)，这种相互作用把核子束缚在一起，物理学家们把它称为核