5.3核力与结合能 学案 -2022-2023学年高二下学期物理 人教版2019选择性必修第三册

5.3核力与结合能学案学习目标1.知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用2.知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小3.理解结合能的概念,了解比结合能的概念,知道核反应中的质量亏损4.知道爱因斯坦的质能方程,理解质量与能量的关系【知识自主预习】预习知识点一:核力和四种基本相互作用请看课本第115~116页“核力与四种基本相互作用”相关内容,完成下列填空:(1)核力:原子核内之间的相互作用力.它使得核子紧密地结合在一起,形成稳定的原子核.这种作用称为.

(2)核力特点①核力是相互作用的一种表现,在它的作用范围内,核力比库仑力大得多.

②核力是,作用范围在之内.

例1(多选)对于核力,以下说法正确的是 ()A.核力是弱相互作用,作用力很小B.核力是强相互作用,是强力C.核子之间的距离小于0.8×10-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起D.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.8×10-15m时,核力的变化规律更清楚变式对原子核的组成,下列说法正确的是 ()A.核力可使一些中子组成原子核B.核力可使较多的质子组成原子核C.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【归纳总结】1.核力的几个特点(1)核力是一种短程力.可分为三段:①短程部分:小于0.8×10-15m,表现为很强的斥力,保证了原子核不致坍缩.②中程部分:0.8×10-15m~1.5×10-15m,表现为很强的引力,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.③长程部分:大于1.5×10-15m,核力急剧下降几乎消失.(2)核力的饱和性,也就是原子核中的核子只与邻近的几个核子发生核力作用,而不是与原子核中的所有核子发生核力作用.(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,它们之间的核力是相等的.2.对原子核稳定性的理解只有相邻的核子之间有核力,对于较大的原子核,较多的质子聚集在一起时,核力不足以平衡它们之间的库仑力,原子核就不稳定了.这时,如果不再成对地增加质子和中子,而只增加中子,中子与其他核子间没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,有助于维系原子核的稳定性.因此在自然界稳定的原子核中,较轻的原子核里,质子数与中子数大致相等;较重的原子核里中子数大于质子数.3.四种基本相互作用的比较作用对象特点作用范围举例引力相互作用一切物体之间随距离增大而减弱长程力,宏观重力电磁相互作用电荷间、电流间、磁体间表现为引力或斥力长程力,宏观弹力、摩擦力强相互作用组成原子核的核子间距离增大时,急剧减小短程力,微观核力弱相互作用基本粒子之间距离增大时,急剧减小,比强相互作用小得多短程力,微观基本粒子间的力预习知识点二:结合能[物理观念]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.若使氘核分解为质子和中子,需要(选填“吸收”或“释放”)能量,反过来质子和中子结合成氘核的过程需要(选填“吸收”或“释放”)能量.

请看课本第116~117页“结合能”相关内容,完成下列填空:(1)结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们,也需要能量,这就是原子核的结合能.这个能量也是核子结合成原子核而的能量.组成原子核的核子越多,它的结合能.

(2)比结合能原子核的结合能与之比称作比结合能,也叫平均结合能.比结合能越大,表示原子核中核子结合得越,原子核越.

[科学推理]如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线.从图中看出,中等质量的原子核比结合能重核和轻核的比结合能.比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时需要能量.

例2下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的是()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合能B.比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,重核的结合能和比结合能都大D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大变式(多选)不同的原子核其核子的平均质量m(原子核的质量除以核子数)与原子序数Z的关系如图所示.下列说法中正确的是 ()A.随原子序数的增大,核子的平均质量先减小后增大B.原子核E的比结合能比原子核F的比结合能大C.原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损,要吸收能量D.原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损,要放出核能预习知识点三:质量亏损请看课本第117~118页“质量亏损”相关内容,完成下列填空:(1)爱因斯坦质能方程:.

(2)质量亏损:原子核的质量组成它的核子的质量之和的现象.

[物理观念](1)质量亏损Δm的理解所谓质量亏损,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.反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加,总能量也要增加,增加的能量要由外部供给.总之,物体的能量和质量之间存在着密切的联系,它们之间的关系就是E=mc2.(2)质能方程E=mc2的理解①质能方程说明,一定的质量总是跟一定的能量相联系.物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2.这里所说的总能量,不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量,而是物体所具有的各种能量的总和.②根据质能方程,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.但不能认为质量与能量之间存在转化的关系.这时质能方程写成ΔE=Δmc2.例3下列说法中正确的是 ()A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化B.由E=mc2可知,能量与质量之间存在着正比关系,可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D.因为在核反应中能产生能量,有质量的转化,所以系统只有质量数守恒,系统的总能量和总质量并不守恒例4

13H的质量是3.016050u,质子的质量是1.007277u,中子的质量为1.008665u.(质量亏损1u相当于释放931(1)写出一个质子和两个中子结合为氚核的核反应方程;(2)上述核反应过程是吸收还是放出能量?该能量为多少?(3)氚核的结合能和比结合能各是多少?【归纳总结】1.应用质能方程解题的流程图:正确书写核反应方程→计算质量亏损Δm→利用ΔE=Δmc2计算释放的核能2.核能的计算方法(1)根据ΔE=Δmc2计算时,Δm的单位是kg,c的单位是m/s,ΔE的单位是J.(2)根据ΔE=Δm×931.5MeV计算时,1u的质量对应931.5MeV的能量,Δm的单位是u,ΔE的单位是MeV.1MeV=1.6×10-13J.(3)根据比结合能来计算核能:原子核的结合能=比结合能×核子数.核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该核反应所释放(或吸收)的核能.(4)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律,因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能.在动量守恒方程中,各质量都可用质量数表示.【巩固诊断】1.(质能方程)(多选)对公式ΔE=Δmc2的理解正确的是 ()A.如果物体的能量减少了ΔE,它的质量也一定相应减少ΔmB.如果物体的质量增加了Δm,它的能量也一定相应增加Δmc2C.Δm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,若放出的能量是ΔE,则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm2.(核力与结合能)(多选)关于核子间的作用力及结合能,下列说法正确的有 ()A.原子核中的核子只跟邻近的核子发生核力作用B.自然界中较重的原子核,质子数与中子数相等C.原子核的结合能就是核子结合成原子