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1、4 / 4新 人 教 版 选 修( 3-5 ) 核 力 与 结 合 能 学 案分子，使分子结合成液体和固体。一长程力第十九章原子核第5节核力与结合能【学习目标】1、知道核力的概念和特点，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原 因。2、通过合作探究理解结合能的概念，会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放 的核能。3、积极投入学习，培养自己的理解、推理及数学计算能力。【重难点】重点是质量亏损及爱因斯坦的质能方程的运用滩点是对结合能的理解。【新课导入】原子核的半径约为 10 -15m，只相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大 ，万有引力太小
2、，只有库仑力的10-36。那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢 ？今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能【问题导学】学点I核力与四种基本相互作用1、定义：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做2、阅读教材核力的特点部分，讨论、总结并回答核力特点：(1 )核力是 J强力)的一种表现。(2)核力是 力，作用范围在 m 之内。距离大于 0.8X10-15m时为力，距离为10X10-15m时核力 距离小于0.8X10-15m时为力。(3)核力具有 性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。一弱相互
3、作用(弱3、除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用力)，弱相互作用是引起 的原因，即引起中子转变质子的原因。弱相互作用也是短程力 其力程比强力更短，为10 -18m,作用强度则比电磁力小。拓展弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：弱力(弱相互作用)：弱相互作用是引起原子核3衰变的原因一短程力强力(强相互作用)：在原子核内 ，强力将核子束缚在一起一短程力电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且 联系着星系团，决定着宇宙的现状。一长程力学点II原子核中质
4、子与中子的比例观察稳定核的质子数与中子数的关系图你有什么发现？从图中可以看出： 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致 _,_但对于较重的原子核，中 子数_质子数,越重的元素，两者相差越多。阅读教材思考为什么随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数？(提示：从电磁力和核力的作用范围去考虑)学点田结合能由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者需要巨大的能量。例如用强大的 丫光子照射笊核，可以使它分解 为一个质子和一个中子。从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV 时,这个反应才会发生。这表明要把原子核分开成核子要
5、吸收能量 ，这个能量叫做原子核的 。原子核越 大,它的结合能越一因此有意义的是它的结合能与核子数之比 ，称做， 也叫平均结 合能。比结合能越 ，表示原子核中核子结合得越牢固 ，原子核越稳定。说明：1、结合能并不是由于核子结合成原子核而 的能量，而是为把核子分开而 的能 量。2、不同原子核的比结合能是不一样的，从图19.5-3可以看出：核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较 一 中等核子数的原子核的比结合能最 一表示这些原子核最 稳定3、当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可以释放核能。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
6、合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。学点IV质量亏损1、如何测量计算原子核的结合能呢？阅读课本81页根据质能方程自己完成例题。2、请写出爱因斯坦的质能方程以及质量亏损的定义。注意：物体的质量包括静止质量和运动质量 止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少。在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律；质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。3、核能的计算方法(1)根据质量亏损计算，步骤如下：根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损 m ;根据爱因斯坦质能方程 E =
7、mc2或E=4m c2计算核能；计算过程中 m 的单位是千克，E的单位是焦耳(2)利用原子质量单位 u和能量单位eV计算，明确原子质量单位 u和eV之间的关系 即1u相当于931MeV ，根据此关系可用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931MeV ，即E=4mK 931MeV ，此式中 m 的单位是 u, E的单位是 MeV(3)利用平均结合能来计算核能(4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能(5)应用阿伏伽德罗常数计算核能【自学检测】请同学们把课本82页的问题与练习做在下面1、科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用 ，我们知道分子之间也存在相互作用的引力 和斥力，那么分子力实质
8、上属于()A、引力相互作用B、电磁相互作用C、强相互作用和弱相互作用的共同作用D 、四种基本相互作用的共同作用2、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=mc 2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
9、量亏损”是消失的质量转变成的D.因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4、已知一个 U235 核吸收一个中子后可能发生的反应是 235u +0g 146Ba+92Kr +30n,若 U235核的质量为 M,中子的质量为 mo,Ba141 核的质量为 m 1 ,Kr92 核的质量为 m2,真 空中的光速c ,则该核反应释放的能量 E =5、已知1个质子的质量 mp=1.007 277u,1 个中子的质量 mn=1.008 665u.氨核的质 量为4.001509 u. 这里u表示原子质量单位,1 u=1.660566 X 10-27 kg.由上
10、述数值，计算2个质子和2个中子结合成氨核时释放的能量。【拓展提升】1、在正负电子 湮灭”实验中，产生的两个光子的总能量为多少？(已知m e=0.000549u)2、原来静止的质量为 m 0的原子核，放出“粒子后转变为质量为 m i的原子核，该新核在其 运动方向上又放出 a粒子而衰变成静止的质量为m 1的原子核，试求两个a粒子的动能，已知a粒子的质量为m a.3 、 ( 选 做 ) 已 知 28140 Po 原 子 核 质 量 为 209.98287u,20862 Pb 原 子 核 质 量 为205.97646u,4 He原子核的质量为 4.00260U, 静止的284 Po核在&衰变中放出 &
11、粒子后变成20862 Pb, 求：(1) 在衰变过程中释放的能量；(2) a粒子从Po核中射出时的动能；(3) 反冲核的动能 (已知 lu=931.5MeV, 且核反应释放的能量只转化为动能)【当堂检测】1 、下列关于核力的说法中正确的是( )A 、核力就是电磁力 B 、核力同万有引力没有什么区别 , 都是物体间的作用C、核力与电荷有关D、核力是短程力，作用范围在1.5 x 10-15 m之内2 、两个中子和两个质子结合成一个氦核, 同时释放一定的核能, 若已知中子质量为l.0087u, 质子质量为1.0773u, 氦核质量为 4.0026u 试计算用中子和质子生lkg 的氦时,要释放的核能【小结与反思】
人教版选修(3-5)《核力与结合能》学案
