核能來自何方解析

1、第5章核能與社會(huì)51核能來自何方1.知道核力的概念及特點(diǎn)2理解原子核的結(jié)合能、平均結(jié)合能及質(zhì)量虧損(重點(diǎn))3知道愛因斯坦質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系(重點(diǎn)和難點(diǎn))4理解原子質(zhì)量單位新知初探自學(xué)導(dǎo)引新知初探自學(xué)導(dǎo)引一、強(qiáng)大的核力1.定義：組成原子核的核子之間存在著一種特殊的力，這種力叫做_2.核力是短程力：核力是一種強(qiáng)相互作用力，在它的作用范圍內(nèi)比_大的多；核力是一種_，作用范圍僅局限于1.51015 m，在大于0.81015 m時(shí)表現(xiàn)為_，超過1.51015 m時(shí)，核力急劇下核力核力庫侖力庫侖力短程力短程力引力引力降為零；而距離小于0.81015 m時(shí)，核力為_3 . 核 力 的 飽 和 性

2、 ： 每 個(gè) 核 子 只 跟_的核子發(fā)生核力的作用想一想1核力存在于質(zhì)子之間、中子之間還是質(zhì)子與中子之間？斥力斥力鄰近鄰近提示：質(zhì)子之間、中子之間、質(zhì)子和中子之間都存在核力，但由于核力是短程力，故只存在于相鄰的核子之間二、什么叫結(jié)合能1.結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量或原子核分解成核子時(shí)吸收的能量稱為原子核的_ 結(jié)合能結(jié)合能2.平均結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時(shí)每個(gè)核子平均放出的能量叫做_平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定三、如何計(jì)算結(jié)合能1.質(zhì)量虧損組成原子核的_的總質(zhì)量與_的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損平均結(jié)合能平均結(jié)合能核子核子原子核原子核2.結(jié)合能的計(jì)算E_說明：如果核反應(yīng)后質(zhì)量增加m，就意味著_

3、E的能量，如果反應(yīng)后質(zhì)量減少m，就意味著_E的能量mc2吸收吸收放出放出想一想2有人認(rèn)為質(zhì)量虧損就是核子的個(gè)數(shù)變少了，這種認(rèn)識(shí)對(duì)不對(duì)？提示：不對(duì)在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒即核子的個(gè)數(shù)不變，只是核子組成原子核時(shí)，仿佛變“輕”了一些，原子核的質(zhì)量總是小于其全部核子質(zhì)量之和，即發(fā)生了質(zhì)量虧損，核子的個(gè)數(shù)并沒有變化要點(diǎn)探究講練互動(dòng)要點(diǎn)探究講練互動(dòng)核力與四種基本相互作用核力與四種基本相互作用學(xué)案導(dǎo)引1.核力有什么特點(diǎn)？2.四種基本相互作用是什么？1. 核力組成原子核的相鄰核子之間存在著一種特殊的力，這種力叫核力2.核力的特點(diǎn)(1)核力是強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)在它的作用范圍內(nèi)，核力比庫侖力大得多(2)核力

4、是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)核力在大于0.81015m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，超過1.51015 m，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.81015 m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起(3)每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性3.四種基本相互作用自然界中最基本的四種相互作用是：引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用其中，引力相互作用和電磁相互作用是長(zhǎng)程力，強(qiáng)相互作用和弱相互作用是短程力弱相互作用，作用范圍在1018 m以內(nèi)，作用強(qiáng)度比電磁力小，是引起原子核衰變的原因，即引起中子質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因關(guān)于核力的說法正確的是()A核

5、力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用B核力就是電磁力C核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)D核力與電荷有關(guān)例例1【思路點(diǎn)撥】理解核力的特點(diǎn)是解題的關(guān)鍵【精講精析】核力是短程力，超過1.51015 m，核力急劇下降，幾乎消失，故C對(duì)；核力與萬有引力、電磁力不同，故A、B不對(duì)；核力與電荷無關(guān)，故D錯(cuò)【答案】C變式訓(xùn)練1.關(guān)于核力，下列說法中正確的是()原子核內(nèi)每個(gè)核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用核力既可能是引力，又可能是斥力核力對(duì)核子做正功，原子核要釋放核能原子核內(nèi)的某一核子與其他核子間都有核力作用A BC D解析：選A.核力表現(xiàn)為引力時(shí)隨距離增大而減小，表現(xiàn)為斥力時(shí)使核子不會(huì)融

6、合在一起，故正確核力只在1.51015 m短距離內(nèi)起作用，所以對(duì)錯(cuò)核子結(jié)合成原子核時(shí)，核力對(duì)核子做正功，放出一定的能量，對(duì)，選A.學(xué)案導(dǎo)引1什么是質(zhì)量虧損現(xiàn)象？2能量與質(zhì)量之間存在什么關(guān)系？3怎樣計(jì)算核能？質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算質(zhì)量虧損與核能的計(jì)算1.結(jié)合能原子核的核子間存在強(qiáng)大的核力，使得原子核成為一個(gè)堅(jiān)固的集合體，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一個(gè)原子核，則能放出巨大的能量結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量結(jié)合能越大，把核子分開而需要的能量就越多，原子核越穩(wěn)定2.質(zhì)量虧損(1)科學(xué)家研究證明在核反應(yīng)中原子核的總質(zhì)

7、量并不相等，例如精確計(jì)算表明：氘核的質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯地表現(xiàn)出來(2)m是核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量之差特別提醒：質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給總之，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，它們之間的關(guān)系就是Emc2.3.核能的計(jì)算根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，核反應(yīng)中釋放的核能的計(jì)算式為Emc2，其中m為質(zhì)量虧損，c為光速，E是與虧損質(zhì)量相對(duì)應(yīng)的能量核能計(jì)算有兩種方法：(1)用Emc2計(jì)算，計(jì)算時(shí)

8、m的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，E的單位是“J”(2)用Em931.5 MeV計(jì)算，因1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，所以計(jì)算時(shí)m的單位是“u”，E的單位是“MeV”特別提醒：反應(yīng)前各核總質(zhì)量之和若大于反應(yīng)后各核總質(zhì)量之和，則為釋放能量，反之，為吸收能量下列說法中，正確的是()A愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體質(zhì)量就是能量，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化B由Emc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)含能量的量度C核反應(yīng)中出現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量例例2D因在核反應(yīng)中產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒【思路點(diǎn)撥】

9、愛因斯坦質(zhì)能方程是質(zhì)能相當(dāng)關(guān)系，不是質(zhì)量與能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系【精講精析】Emc2說明能量與質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，并不是說明了能量與質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，而B項(xiàng)正確核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實(shí)際上是從靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，故C項(xiàng)錯(cuò)誤在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變?yōu)閯?dòng)質(zhì)量，故D錯(cuò)誤【答案】B【誤區(qū)警示】(1)不能從質(zhì)能方程Emc2認(rèn)為物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化(2)不能認(rèn)為核反應(yīng)中質(zhì)量的虧損就是質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，認(rèn)為反應(yīng)前后總能

10、量不守恒總質(zhì)量也不守恒，這都是錯(cuò)誤的變式訓(xùn)練2.關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法中正確的是()A質(zhì)量減少，能量就會(huì)增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值C物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系D某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的解析：選BD.質(zhì)能方程Emc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時(shí)，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)Emc2進(jìn)行計(jì)算，所以B、D正確兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氦核，同時(shí)釋放一定的核能，若已知中子質(zhì)量為1.0087 u，質(zhì)子質(zhì)量為1.0073 u，

11、氦核質(zhì)量為4.0026 u試計(jì)算用中子和質(zhì)子生成1 kg氦時(shí)，要釋放的核能【思路點(diǎn)撥】先由質(zhì)量數(shù)、核電荷數(shù)守恒寫出核反應(yīng)方程，計(jì)算質(zhì)量虧損，然后用Emc2計(jì)算每個(gè)反應(yīng)中釋放的核能，最后結(jié)合阿伏伽德羅常數(shù)計(jì)算出總共釋放的核能例例3【答案】6.591014 J【規(guī)律總結(jié)】Emc2是解決這類問題的主要依據(jù)，有時(shí)要與動(dòng)量守恒定律、磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)相關(guān)知識(shí)結(jié)合起來綜合應(yīng)用，處理這類問題時(shí)，準(zhǔn)確計(jì)算出反應(yīng)前后的質(zhì)量差m，并選取適當(dāng)?shù)膯挝皇琼樌蠼鈫栴}的關(guān)鍵變式訓(xùn)練解析：反應(yīng)前總質(zhì)量mNmHe18.01122 u反應(yīng)后總質(zhì)量mOmH18.01269 u因?yàn)榉磻?yīng)中質(zhì)量增加，所以此反應(yīng)是吸能反應(yīng)，所吸能量為Em

12、c2(mOmH)(mNmHe)c2(18.0126918.01122)931.5 MeV1.37 MeV.答案：吸能1.37 MeV熱點(diǎn)示例創(chuàng)新拓展熱點(diǎn)示例創(chuàng)新拓展根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒來計(jì)算核能經(jīng)典案例(10分)處于靜止?fàn)顟B(tài)的X原子核，經(jīng)歷一次衰變后變成質(zhì)量為M的Y原子核放出的粒子垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，測(cè)得其做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，已知粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，不計(jì)衰變過程放出光子的能量，求此衰變過程虧損的質(zhì)量【審題指導(dǎo)】衰變釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為X、Y原子核的動(dòng)能，再根據(jù)質(zhì)能方程可求得質(zhì)量虧損【規(guī)律方法】參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過程中的動(dòng)量和能量是守恒的，因此，在題

13、設(shè)條件中如果沒有涉及質(zhì)量虧損，或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動(dòng)能而無光子輻射的情況下，利用動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核能的變化知能演練輕松闖關(guān)知能演練輕松闖關(guān)本部分內(nèi)容講解結(jié)束本部分內(nèi)容講解結(jié)束按ESC鍵退出全屏播放降為零；而距離小于0.81015 m時(shí)，核力為_3 . 核 力 的 飽 和 性 ： 每 個(gè) 核 子 只 跟_的核子發(fā)生核力的作用想一想1核力存在于質(zhì)子之間、中子之間還是質(zhì)子與中子之間？斥力斥力鄰近鄰近3.四種基本相互作用自然界中最基本的四種相互作用是：引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用其中，引力相互作用和電磁相互作用是長(zhǎng)程力，強(qiáng)相互作用和弱相互作用是短

14、程力弱相互作用，作用范圍在1018 m以內(nèi)，作用強(qiáng)度比電磁力小，是引起原子核衰變的原因，即引起中子質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因關(guān)于核力的說法正確的是()A核力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用B核力就是電磁力C核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi)D核力與電荷有關(guān)例例1【思路點(diǎn)撥】理解核力的特點(diǎn)是解題的關(guān)鍵【精講精析】核力是短程力，超過1.51015 m，核力急劇下降，幾乎消失，故C對(duì)；核力與萬有引力、電磁力不同，故A、B不對(duì)；核力與電荷無關(guān)，故D錯(cuò)【答案】C1.結(jié)合能原子核的核子間存在強(qiáng)大的核力，使得原子核成為一個(gè)堅(jiān)固的集合體，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一個(gè)原子核，則能放出巨大的能量結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量結(jié)合能越大，把核子分開而需要的能量就越多，原子核越穩(wěn)定2.質(zhì)量虧損(1)科學(xué)家研究證明在核反應(yīng)中原子核的總質(zhì)量并不相等，例如精確計(jì)算表明：氘核的質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯地表現(xiàn)出來(2)m是核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量之差特別提醒：質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能