高中物理195核力與結(jié)合能學(xué)案新人教版選修35_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、課時(shí)19.5核力與結(jié)合能1.知道核力的概念、特點(diǎn)及自然界存在的四種基本相互作用。2.知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減小。3.理解結(jié)合能的概念,知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損。4.知道愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程,理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。1.核力與四種基本相互作用(1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn),在原子核的尺度內(nèi),核力比庫(kù)侖力大得多。(2)核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。核力在距離大于0.8×10-15 m時(shí)表現(xiàn)為引力,而在距離小于0.8×10-15 m時(shí)表現(xiàn)為斥力,因此核子能克服庫(kù)侖力束縛,而在核內(nèi)又不至于融合在一起。(3)每個(gè)核子只跟鄰近的核

2、子發(fā)生核力的作用,這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。(4)原子核內(nèi)還有弱相互作用,弱相互作用是引起原子核衰變的原因。(5)自然界中有四種基本相互作用,分別是萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用和弱相互作用。2.原子核中質(zhì)子與中子的比例(1)中子與其他的核子沒(méi)有庫(kù)侖力,但有相互吸引的核力,所以有助于維系原子核的穩(wěn)定。(2)自然界中較輕的原子核,質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等;較重的原子核,中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù),越重的原子核,兩者相差越多。3.結(jié)合能(1)原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起的,把核子再分開(kāi),需要能量,這就是原子核的結(jié)合能。(2)原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱作比結(jié)合能,比結(jié)合能越大,原子核中的核子結(jié)合得越牢固,原

3、子核就越穩(wěn)定。4.質(zhì)量虧損(1)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2。(2)原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和,這個(gè)現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損。(3)中等大小的原子核的比結(jié)合能最大,如果使較重的原子核分裂成中等大小的原子核,或者把較小的原子核合并成較大的原子核,核子的比結(jié)合能都會(huì)增加,即核子將發(fā)生新的質(zhì)量虧損,釋放新的結(jié)合能。主題1:探究核力情景:核力是組成原子核的作用力,屬于強(qiáng)相互作用的類型。核力是一種很復(fù)雜的相互作用,人們通過(guò)多年的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,才對(duì)它的特性有了比較細(xì)致的了解,但仍不完全。閱讀教材中“核力與四種基本相互作用”部分的內(nèi)容,回答下列問(wèn)題。問(wèn)題:(1)科學(xué)家為什么會(huì)猜想原子核內(nèi)核子之間會(huì)

4、存在核力?(2)核力有什么特點(diǎn)?(3)自然界中有哪些基本相互作用?主題2:原子核中質(zhì)子與中子的比例情景:閱讀教材“原子核中質(zhì)子與中子的比例”標(biāo)題下的相關(guān)內(nèi)容,回答下面的問(wèn)題。問(wèn)題:穩(wěn)定原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有怎樣的關(guān)系?為什么?主題3:結(jié)合能情景:閱讀教材“結(jié)合能”標(biāo)題下的相關(guān)內(nèi)容,回答下面的問(wèn)題。問(wèn)題:什么是結(jié)合能?它有何意義?主題4:探究質(zhì)量與能量問(wèn)題:(1)什么是質(zhì)量虧損?質(zhì)量虧損m與能量變化E之間有什么關(guān)系?(2)原子核的比結(jié)合能與原子核的大小有什么關(guān)系?人們因此想到了怎樣的釋放結(jié)合能的方法?1.(考查核力)原子核內(nèi)的核子能穩(wěn)定地結(jié)合在一起,是因?yàn)橛泻肆Φ淖饔谩O铝姓f(shuō)法中正確的是()

5、A.核力是核子間的庫(kù)侖力和萬(wàn)有引力的合力B.每個(gè)核子與核內(nèi)的其他核子之間都存在著核力的作用C.每個(gè)核子只跟與它相鄰的核子之間有核力作用D.核力是一種很強(qiáng)的力,是在核子之間存在的、超短距離的作用力2.(考查結(jié)合能)關(guān)于原子的結(jié)合能,下列說(shuō)法中正確的是()A.使原子核分解為核子時(shí)釋放的能量B.核子結(jié)合成核時(shí)需要吸收的能量C.核子結(jié)合成核時(shí)釋放的能量D.核子結(jié)合成核時(shí)釋放的能量等于將核分解為核子時(shí)吸收的能量3.(考查核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量)下列關(guān)于核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)子和中子的質(zhì)量相等,所以質(zhì)量數(shù)都是1B.核反應(yīng)前后,質(zhì)量是守恒的C.核反應(yīng)前后,質(zhì)量數(shù)是守恒的D.所有核反應(yīng)都只會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧

6、損4.(考查愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程)太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量,同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J,根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程,太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量的數(shù)量級(jí)為()A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg拓展一:核力與四種基本相互作用1.物理學(xué)研究表明,自然界存在四種基本相互作用。關(guān)于我們學(xué)習(xí)過(guò)的重力、彈力,下列說(shuō)法正確的是()A.都屬于萬(wàn)有引力相互作用B.重力屬于萬(wàn)有引力相互作用,彈力屬于弱相互作用C.重力屬于強(qiáng)相互作用,彈力屬于弱相互作用D.重力屬于萬(wàn)有引力相互作用,彈力屬于電磁相互作用拓展二:結(jié)合能2.在一次核反應(yīng)中,U變成X

7、e和Sr時(shí),要釋放出若干中子。U的平均結(jié)合能約為7.6 MeV,Xe的平均結(jié)合能約為8.4 MeV,Sr的平均結(jié)合能約為8.7 MeV,問(wèn):(1)把U分解為核子時(shí),要吸收多少能量?(2)使相應(yīng)的核子分別結(jié)合成Xe和Sr時(shí),要釋放出多少能量?(3)在這個(gè)核反應(yīng)中是吸收還是放出能量?這個(gè)能量大約是多少?拓展三:質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程3.一靜止的質(zhì)量為M的氡核(Rn)發(fā)生衰變,放出一個(gè)速度為v0、質(zhì)量為m的粒子和一個(gè)反沖核釙(Po)。假設(shè)氡核發(fā)生衰變時(shí),釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為粒子和釙核的動(dòng)能。(1)寫(xiě)出衰變方程。(2)求出衰變過(guò)程中的質(zhì)量虧損(虧損的質(zhì)量在與粒子質(zhì)量相比時(shí)可忽略不計(jì))。參考答案知識(shí)體系梳理

8、強(qiáng)相互作用大得多1.5×10-15引斥鄰近衰變?nèi)f有引力電磁力庫(kù)侖核相等大于結(jié)合核子數(shù)牢固穩(wěn)定mc2小于增加質(zhì)量虧損重點(diǎn)難點(diǎn)探究主題1:(1)人們想到原子核內(nèi)核子之間有萬(wàn)有引力和電磁力,但電磁力比萬(wàn)有引力大得多,不可能抗衡質(zhì)子之間的庫(kù)侖斥力,那么又是什么力維持原子核的穩(wěn)定呢?因此科學(xué)家猜想,核子間有核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi),維持了原子核的穩(wěn)定。(2)核力有三個(gè)特征:第一,核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn),在原子核范圍內(nèi),核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力;第二,核力是短程力,作用范圍在1.5×10-15 m之內(nèi);第三,核力具有飽和性,每個(gè)核子只與相鄰的核子發(fā)生核力作用。(3)自然界中有四種基本相互

9、作用,分別是萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用和弱相互作用。主題2:較輕的原子核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,但對(duì)于較重的原子核,中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù),越重的元素,兩者相差越多。質(zhì)子與中子成對(duì)地構(gòu)建原子核,隨原子核的增大,核子間的距離增大,核力和電磁力都會(huì)減小,但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí),相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力,這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。若只增加中子,中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)侖力,但有相互吸引的核力,所以有助于維系原子核的穩(wěn)定,因此穩(wěn)定的重原子核中中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。由于核力的作用范圍是有限的,再加上核力的飽和性,若再增大原子核,一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒(méi)有核力的

10、作用,這時(shí)候再增加中子,形成的核也一定是不穩(wěn)定的。主題3:由于核子間存在著強(qiáng)大的核力,原子核是一個(gè)堅(jiān)固的集合體。要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,或者說(shuō)需要巨大的能量。把原子核分開(kāi)成核子要吸收能量,核子結(jié)合成原子核要放出能量,這個(gè)能量叫作原子核的結(jié)合能。但原子核中核子數(shù)不同,核子多的核,結(jié)合能大。結(jié)合能與核子數(shù)之比,稱作比結(jié)合能,也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大意味著分開(kāi)核子平均需要提供的能量越多,表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。主題4:(1)原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和,這個(gè)現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損。根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2可知E=mc2。(2)中等大小的原子核

11、的比結(jié)合能最大,隨著原子核增大或減小,其比結(jié)合能都減小。人們因此想到,如果使較大的原子核分裂為中等的原子核,或把較小的原子核合并成較大的原子核,都會(huì)使其比結(jié)合能增大,即發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放新的結(jié)合能?;A(chǔ)智能檢測(cè)1.CD2.CD3.CD4.D全新視角拓展1.D【解析】重力是由于物體受地球吸引而產(chǎn)生的,屬于萬(wàn)有引力相互作用。彈力和摩擦力從其產(chǎn)生機(jī)理上說(shuō)是物質(zhì)內(nèi)部原子的吸引和排斥,屬于電磁相互作用,所以D正確。2.(1)1786 MeV(2)1142.4 MeV783 MeV(3) 放出能量139.4 MeV【解析】(1)把U分解為核子時(shí)要吸收的能量為E1=235×7.6 MeV=1786 MeV。(2)核子結(jié)合成Xe釋放出的能量為E2=136×8.4 MeV=1142.4MeV核子結(jié)合成Sr釋放出的能量為E3=90×8.7 MeV=783 MeV。(3)在這個(gè)核反應(yīng)中放出的能量為E&

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