202X版高中物理第5章核能与社会5.1核能来自何方课件沪科版选修3_5

1、5.1核能来自何方第5章核能与社会学习目标1.知道核力的概念、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.内容索引知识探究新知探究 点点落实题型探究重点难点 各个击破达标检测当堂检测 稳固反响知识探究一、核力导学探究导学探究1.有的同学认为：有的同学认为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力平衡而使原子到达稳定状态，这种说法正确吗？中子间的万有引力平衡而使原子到达稳定状态，这种说法正确吗？答案不正确答案不正确.在一样的距离上，质子之间的库仑力的大小大约比万有引力在一样的距离上，质

2、子之间的库仑力的大小大约比万有引力强强1035倍，两者相差悬殊，不可能平衡倍，两者相差悬殊，不可能平衡.答案2.是什么力抑制质子之间的库仑斥力，使核子结合成一个稳固的原子核的？答案答案核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力.知识梳理知识梳理核力及特点核力及特点1.核力：组成原子核的 之间存在着一种特殊的力.2.核力特点：(1)核力是一种 作用力，它存在于质子与 间、质子与 间、中子与 间.(2)核力是一种 力，它的作用距离只有1015 m的数量级.因此，每个核子只能对跟它邻近的少数核子(一般不超过 个)发生显著的相互作用.(3)核力与核子是否带电无关，质子与

3、质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用.核子质子强相互中子中子短程3即学即用即学即用判断以下说法的正误判断以下说法的正误.(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的.()(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多.()答案导学探究导学探究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

4、收能量.二、结合能答案答案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.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. (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？答案图1答案答案释放能量.(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释放能量？答案知识梳理知识梳理1.结合能结合能核子结合成原子核时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，或原子核分解成核子时 的能量叫原的能量叫原子核的结合能子核的结合能.2.平均结合能平均结合能

5、核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做平均结合能，它等于核的结合核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做平均结合能，它等于核的结合能跟能跟 的比值的比值.平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越结实，原平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定子核越稳定.3.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，平均结合能较大的原子核，平均结合能较大.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.释放吸收核子数小中等核子

6、数即学即用即学即用判断以下说法的正误判断以下说法的正误.(1)一切原子核均具有结合能一切原子核均具有结合能.()(2)组成原子核的核子越多，它的平均结合能就越高组成原子核的核子越多，它的平均结合能就越高.()(3)结合能越大，核子结合得越结实，原子越稳定结合能越大，核子结合得越结实，原子越稳定.()(4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量自由核子结合为原子核时，可能吸收能量.()答案甲同学说：核反响过程中核子数没变，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：mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u.(其中1 u1.

7、660 5661027 kg)，他通过计算发现反响之后的质量减少了，于是他得出结论“核反响过程中质量消失了.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答案甲同学的说法错误.核反响过程中是质量数守恒而不是质量守恒；核反响过程中是质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误乙同学的说法错误.质量亏损并不是质量消失质量亏损并不是质量消失.三、质量亏损和核能的计算答案2.试计算上述核反响过程中是释放能量，还是吸收能量？能量变化了多少？答案反响前的总质量答案反响前的总质量m1mBem9.012 19 u4.002 6 u13.014 79 u反响后的总质量反响后

8、的总质量m2mCmn12.000 0 u1.008 665 u13.008 665 u所以质量亏损所以质量亏损mm1m213.014 79 u13.008 665 u0.006 125 u.放出的能量放出的能量Emc20.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J5.719 MeV.答案知识梳理知识梳理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，其关系是系是E .2.质量亏损质量亏损质量亏损，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质量亏损，并不

9、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的形式辐射出去了.物体质量增加，那么总能量随之物体质量增加，那么总能量随之 ；质量减少，那；质量减少，那么总能量也随之么总能量也随之 .这时质能方程也写作这时质能方程也写作E .mc2增加减少mc2题型探究1.中等质量原子核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小.2.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

10、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.一、对结合能和平均结合能的理解例例1以下关于结合能和平均结合能的说法中，正确的选项是以下关于结合能和平均结合能的说法中，正确的选项是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平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能

11、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大中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大答案解析一、对结合能和平均结合能的理解解析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，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选项正确.针对训练一个中子与某原子核发生核反响，生成一个氘核，其核反响针对

12、训练一个中子与某原子核发生核反响，生成一个氘核，其核反响方程为方程为_，该反响放出的能量为，该反响放出的能量为Q，那么氘核的平均结合能，那么氘核的平均结合能为为_.答案解析解析核反响方程解析核反响方程 ，核子结合成原子核要放出能量，这个能，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能，它的结合能与核子数之比称做平均结合能，由题量叫原子核的结合能，它的结合能与核子数之比称做平均结合能，由题意知氘核的核子数为意知氘核的核子数为2，所以平均结合能为，所以平均结合能为 .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，说明原子核的结合能越大.2.平均结

13、合能越大说明原子核越稳定.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大.总结提升总结提升1.根据质量亏损计算根据核反响方程，计算核反响前后的质量亏损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 .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 1 u1.660 5661027 kg,1 eV1.602 1781019 J由Emc2二、质量亏损和核能的计算mc2千克焦耳根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV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931.5 MeV，即E MeV.其中m的单位是 ，E的单位是 .

14、m931.5uMeV答案答案放出7.97 MeV例例3 的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量为1.008 665 u.求：(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？答案解析反响前各核子总质量为mp2mn(1.007 27721.008 665) u3.024 607 u，反响后新核的质量为mH3.016 050 u，质量亏损为m(3.024 6073.016 050) u0.008 557 u.因反响前的总质量大于反响后的总质量，故此核反响放出能量.释放的核能为E0.00

15、8 557931.5 MeV7.97 MeV.解析解析氚核的结合能即为E7.97 MeV，(2)氚核的结合能和平均结合能各是多少？答案解析答案答案7.97 MeV2.66 MeV核能的两种单位换算技巧核能的两种单位换算技巧1.假设以假设以kg为质量亏损为质量亏损m的单位，那么计算时应用公式的单位，那么计算时应用公式Emc2，核能，核能的单位为的单位为J.2.假设以原子单位假设以原子单位“u为质量亏损为质量亏损m的单位，那么的单位，那么Em931.5 MeV，核能的单位为核能的单位为MeV.3.两种单位的换算：两种单位的换算：1 MeV11061.61019 J1.61013 J.归纳总结归纳总

16、结达标检测1.(核力的特点)以下关于核力的说法正确的选项是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1015 m之内D.核力与电荷有关答案123解析核力是短程力，超过解析核力是短程力，超过1015 m，核力急剧下降几乎消失，应选项，核力急剧下降几乎消失，应选项C正确；正确；核力与万有引力、电磁力不同，应选项核力与万有引力、电磁力不同，应选项A、B错误；错误；核力与电荷无关，应选项核力与电荷无关，应选项D错误错误.解析2.(对质能方程的理解)(多项选择)对公式Emc2的正确理解是A.如果物体的能量减少了E，它的质量也一定相应地减少mB.如果物体的质量增加了m，它的能量也一定相应地增加mc2C.m是某原子核在衰变过程中增加的质量D.在把核子结合成原子核时，假设放出的能量是E，那么这些核子的质量 和与组成的原子核的质量之差就是m答案解析123解析解析一定的质量对应一定的能量，物体的能量减少了E，它的质量也一定相应地减少m，即发生质量亏损，所以选项A、D正确.如果物体的质量增加了m，它的能量一定相应地增加mc2，所以选项B正确.某原子核衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误.1233.(核能的计算)一个锂核(