高中物理 第4章 核能 第1讲 核力与核能课件 鲁科版选修35.ppt

第4章 核能 第1讲核力与核能 目标定位1 知道核力的概念 特点 2 知道稳定原子核中质子与中子的比例特点 3 理解结合能和平均结合能的概念 知道核反应中的质量亏损 4 知道爱因斯坦质能方程 理解质量与能量的关系 预习导学梳理 识记 点拨 一 核力与核的稳定性1 核力 把原子核中的维系在一起的力 2 核力特点 1 核力是一种 2 核力是 作用范围在左右 3 核素 具有一定数目和一定数目的一种原子 4 核素图 用横坐标表示质子数 纵坐标表示中子数 每一种用一小方块表示 所得到的图象 核子 强相互作用 短程力 质子 中子 核素 2fm 5 核的稳定性 1 核素的稳定区 几乎全落在一条曲线上 或紧靠曲线两侧的区域 2 稳定核素的中子数与质子数的关系 随着的增加 稳定核素的中子数越来越质子数 质子数 大于 二 结合能与平均结合能1 结合能 核子结合成原子核时的能量 2 质量亏损 1 爱因斯坦质能方程 2 质量亏损 任何一个原子核的质量总是组成它的所有核子的质量之和 这一差值称为质量亏损 3 亏损的质量与释放的能量间的关系 放出 e mc2 小于 e mc2 想一想有人认为质量亏损就是核子的个数变少了 这种认识对不对 答案不对 在核反应中质量数守恒即核子的个数不变 只是核子组成原子核时 仿佛变 轻 了一些 原子核的质量总是小于其全部核子质量之和 即发生了质量亏损 核子的个数并没有变化 3 平均结合能核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量 平均结合能越大 原子核越分离成单个核子 难 课堂讲义理解 深化 探究 一 对核力及原子核中质子与中子的比例的理解1 核力的特点 核力是只在邻近的核子之间发生的一种强相互作用 是短程力 2 核子比例关系 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 越重的元素 两者相差越多 3 形成原因 1 若用质子与中子成对地人工构建原子核 由于核力是短程力 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 2 若只增加中子 中子与其他核子间没有库仑斥力 但有相互吸引的核力 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 3 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于核力的作用范围 这时候再增加中子 形成的核也一定是不稳定的 例1下列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 对于较重的原子核 由于核力的作用范围是有限的 以及核力的饱和性 如果继续增大原子核 形成的核也一定是不稳定的 解析自然界中较轻的原子核 质子数与中子数大致相等 对于较重的原子核 中子数大于质子数 越重的元素 两者相差越多 因此正确答案为d 答案d 二 结合能与平均结合能的理解1 平均结合能曲线 不同原子核的平均结合能随质量数变化的图线如图1所示 图1 从图中可看出 中等质量原子核的平均结合能较大 轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小 2 当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能 反之 需要吸收能量 3 平均结合能的大小反映了原子核的稳定程度 平均结合能越大 表示原子核中核子结合得越牢固 原子核越稳定 中等核子数的原子核平均结合能较大 原子核较稳定 例2下列关于结合能和平均结合能的说法中 正确的有 a 核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能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较大d 中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 解析核子结合成原子核会放出能量 原子核拆解成核子需要吸收能量 a选项错误 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的大 但由于核子数比重核的少 其结合能比重核的反而小 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的多 因此它的结合能也比轻核大 d选项正确 答案d 借题发挥结合能 平均结合能的对比理解 1 核子结合成原子核时一定释放能量 原子核分开成核子时一定吸收能量 吸收或释放的能量越大 表明原子核的结合能越大 2 平均结合能为结合能与核子数的比值 平均结合能越大表明原子核越稳定 一般情况下 中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能都大 针对训练一个中子与某原子核发生核反应 生成一个氘核 其核反应方程为 该反应放出的能量为q 则氘核的平均结合能为 三 质量亏损和核能的计算1 对质能方程和质量亏损的理解 1 质能方程质能方程 爱因斯坦的相对论指出 物体的能量和质量之间存在着密切的联系 其关系是e mc2 2 质量亏损质量亏损 并不是质量消失 减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了 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 2 核能的计算方法 1 根据质量亏损计算 根据核反应方程 计算核反应前后的质量亏损 m 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 2 利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位 u 相当于931 5mev的能量 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 5mev 即 e m 931 5mev 其中 m的单位是u e的单位是mev a x是质子 该反应释放能量b x是中子 该反应释放能量c x是质子 该反应吸收能量d x是中子 该反应吸收能量 答案b 借题发挥在核反应中 是释放能量还是吸收能量 需要确定反应前后质量的变化 若反应后质量减少即发生了质量亏损 则释放出能量 反之吸收能量 由于不明确质量亏损的含义与能量的关系 易误选d 注意此反应过程质量发生亏损 释放出能量 解析反应前总质量 mn mhe 18 01140u 反应后总质量 mo mh 18 01269u 可以看出 反应后总质量增加 故该反应是吸收能量的反应 吸收的能量利用 e mc2来计算 若反应过程中质量增加1u 就会吸收931 5mev的能量 故 e 18 01269 18 01140 931 5mev 1 2mev 答案吸收能量1 2mev 对点练习巩固 应用 反馈 对原子核中质子与中子比例的理解1 在自然界中 对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系 下列说法正确的是 a 中子数等于质子数b 中子数小于质子数c 中子数大于质子数d 无法确定 解析原子核越重 质子间库仑斥力就越大 因中子与其他核子间没有库仑斥力 但有相互吸引的核力 所以中子数多于质子数才有助于维系原子核的稳定 故稳定的重原子核里 中子数要比质子数多 故正确答案为c 答案c 对结合能与平均结合能的理解2 质子 中子和氘核的质量分别为m1 m2和m3 当一个质子和一个中子结合成氘核时 释放的能量是 c表示真空中的光速 a m1 m2 m3 cb m1 m2 m3 cc m1 m2 m3 c2d m1 m2 m3 c2解析根据质能方程 e mc2 其中 m m1 m2 m3 则 e m1 m2 m3 c2 c正确 a b d错误 c 质量亏损和核能的计算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e mc2 下列说法中不正确的是 a e mc2表明物体具有的能量与其质量成正比b 根据 e mc2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d e mc2中的e是发生核反应时释放的核能 解析爱因斯坦质能方程e mc2 定量地指出了物体的能量和质量之间的关系 a正确 由质能方程知 当物体的质量减少时 物体的能量降低 向外释放了能量 反之 若物体的质量增加了 则物体的能量增加 表明它从外界吸收了能量 所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化 故