2014-2015学年高中物理5.1核能来自何方课件沪科版选修.ppt

1、,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 1015 2106 1.61019,3(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 6mc2,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

2、？,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

3、，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

4、,(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2.2 MeV的能量，则下列说法正确的是() A用能量小于2.2 MeV的光子照射静

5、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2.2 MeV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2.2 MeV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2.2 MeV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

6、 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： mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u(其中1 u1.660 5661027 kg)，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

7、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 m1mBem9.012 19 u4.002 6 u13.014 79 u 反应后的总质量 m2mCmn12.000 0 u1.008 665 u13.008 665 u,所以质量亏损mm1m213.014 79 u13.008 665 u0.006 125 u. 放出的能量 Emc

8、20.006 125 uc20.006 1251.660 5661027 (3108)2 J9.151013 J5.719 MeV.,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

9、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 1 u1.660 61027 kg,1 eV1.602 1781019 J 由Emc2 得,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 .,m931.5,u,MeV,例3已知氮核质量为MN14.007 53 u，氧17核的质量为MO17.004 54 u，氦核质量为MHe4.003 87 u，氢核质量为MH1.008 15 u，试判断： 这一核反应是吸

10、收能量还是放出能量？能量变化是多少？,解析 反应前总质量：MNMHe18.011 40 u， 反应后总质量：MOMH18.012 69 u. 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Emc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量， 故E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV. 答案吸收能量1.2 MeV,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

11、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1.007 3 u，X的质量为3.018