高中物理 5.1 核能来自何方课件 沪科版选修35.ppt

第5章核能与社会 5 1核能来自何方 1 了解核力的特点 2 认识原子核的结合能 了解平均结合能 3 知道什么是质量亏损 能用爱因斯坦质能方程计算原子核的结合能 学习目标定位 知识储备区 1 中子10 152 10 61 6 10 19 3 1 核子 2 强相互质子中子中子 短程3 知识链接 新知呈现 4 吸收5 核子原子核6 mc2 学习探究区 一 核力的特点 二 结合能 三 质量亏损和核能的计算 一 核力的特点 问题设计 1 一些较轻的原子核 如中质子数和中子数有什么关系 答案质子数与中子数大致相等 2 中各有多少个质子 多少个中子 较重的原子核中中子数和质子数有什么关系 答案中含有92个质子 146个中子 中含有90个质子 144个中子 较重的原子核中中子数大于质子数 而且越重的原子核 两者相差越多 要点提炼 由于核力是力 自然界中较轻的原子核 质子数与中子数 但对于较重的原子核 中子数质子数 越重的原子核 两者相差 短程 大致相等 大于 越多 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 对于较重的原子核 由于核力的作用范围是有限的 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 越重的原子核 两者相差越多 因此正确答案选d 答案d 返回 二 结合能 1 设有一个质子和一个中子 在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核 质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量 使氘核分解为质子和中子的过程中呢 答案质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量 氘核分解成质子和中子时要吸收能量 问题设计 2 如图1所示 是不同原子核的平均结合能随核子数变化的曲线 图1 1 从图中看出 中等质量的原子核与重核 轻核相比平均结合能有什么特点 平均结合能的大小反映了什么 答案中等质量的原子核平均结合能较大 平均结合能的大小反映了原子核的稳定性 平均结合能越大 原子核越稳定 2 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是吸收能量还是放出能量 答案放出能量 要点提炼 1 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叫原子核的结合能 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 的原子核 平均结合能较大 释放 吸收 小 中等核子数 延伸思考 一个核子数较大的重核分裂成两个核子数较小一些的核 是吸收能量还是释放能量 两个核子数很小的轻核结合成核子数较大一些的核 是吸收能量还是释放能量 答案都释放能量 例2使一个质子和一个中子结合成氘核时 会放出2 2mev的能量 则下列说法正确的是 a 用能量小于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核不能分解为一个质子和一个中子b 用能量等于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和为零 c 用能量大于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核可能分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和为零d 用能量大于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核可分解为一个质子和一个中子 它们的动能之和不为零 解析中子和质子结合成氘核所释放的能量或氘核分解成中子和质子所吸收的能量都相等 即为此反应的结合能 只有光子能量大于或等于结合能 才能使它们分解 又因为中子和质子不可能没有速度 所以动能之和不可能为零 若动能之和为零就分不开了 所以a d正确 答案ad 返回 三 质量亏损和核能的计算 甲同学说 核反应过程中核子数没变 所以质量是守恒的 乙同学查找资料 各个原子核或核子的质量如下 mbe 9 01219u mc 12 000u m 4 0026u mn 1 008665u 其中1u 1 660566 10 27kg 他通过计算发现反应之后的质量减少了 于是他得出结论 核反应过程中质量消失了 问题设计 这两个同学的说法对吗 如果不对错在哪里 你对质量亏损是如何理解的 答案甲同学的说法错误 核反应过程中是质量数守恒而不是质量守恒 乙同学的说法错误 质量亏损并不是质量消失 对质量亏损的理解 其一 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 其二 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 试计算上述核反应过程中是释放能量 还是吸收能量 能量变化了多少 答案反应前的总质量m1 mbe m 9 01219u 4 0026u 13 01479u反应后的总质量m2 mc mn 12 0000u 1 008665u 13 008665u 所以质量亏损 m m1 m2 13 01479u 13 008665u 0 006125u 放出的能量 e mc2 0 006125uc2 0 006125 1 660566 10 27 3 108 2j 9 15 10 13j 5 719mev 要点提炼 1 对质能方程和质量亏损的理解 1 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 质量减少 则总能量也随之 这时质能方程也写作 e 增加 减少 mc2 2 核能的计算方法 1 根据 m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 计算核能 其中 m的单位是 e的单位是 mc2 焦耳 千克 2 利用原子质量单位u和电子伏特计算 明确原子质量单位u和电子伏特之间的关系1u 1 6606 10 27kg 1ev 1 602178 10 19j由e mc2得 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 mev 其中 m的单位是 e的单位是 m 931 5 u mev 例3已知氮核质量为mn 14 00753u 氧17核的质量为mo 17 00454u 氦核质量为mhe 4 00387u 氢核质量为mh 1 00815u 试判断 这一核反应是吸收能量还是放出能量 能量变化是多少 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 返回 课堂要点小结 返回 自我检测区 1 2 3 1 对核子结合成原子核的下列说法正确的是 a 原子核内的核子间均存在核力b 原子核内的质子间均存在核力和库仑力c 稳定原子核的质子数总是与中子数相等d 对质子数较多的原子核 其中的中子数起到增加核力 维系原子核稳定的作用 1 2 3 解析核力是短程力 只会发生在相邻核子之间 由此知a b错误 核力只作用于相邻的核子 随着质子数增加 为使原子核保持稳定 必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用 故c错误 d正确 答案d 1 2 3 2 对结合能 平均结合能的认识 下列说法正确的是 a 一切原子核均具有结合能b 自由核子结合为原子核时 可能吸收能量c 结合能越大的原子核越稳定d 平均结合能越大的原子核越稳定 1 2 3 1 2 3 解析氢原子核只有一个质子 无结合能 结合能并不是原子核所具有的能量 故a错 自由核子结合为原子核时 放出能量 故b错 平均结合能越大的原子核越稳定 故c错 d对 答案d 3 有一种核反应为 的质量为1 0073u x的质量为3