2022-2023學(xué)年新教材高中物理第五章原子與原子核第三節(jié)核力與核反應(yīng)方程課件粵教版選擇性必修第三冊

1、第三節(jié)核力與核反應(yīng)方程核心素養(yǎng)點擊 物理觀念(1)知道原子核的組成和核反應(yīng)方程的書寫。(2)知道四種基本相互作用，知道核力的性質(zhì)。(3)認識原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能的概念。(4)知道質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程?？茖W(xué)思維能用質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程計算核能相關(guān)的問題?？茖W(xué)探究結(jié)合能、比結(jié)合能與原子核的穩(wěn)定性的關(guān)系?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任關(guān)注核技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展的影響。一、原子核的組成核反應(yīng)方程1填一填(1)質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)：1919年，盧瑟福用_轟擊氮原子核，發(fā)現(xiàn)了_，它是_的組成部分。(2)中子的發(fā)現(xiàn)：因絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量與電荷量之比都大于質(zhì)子的相應(yīng)比值，盧瑟福猜想，原子核內(nèi)可能還存在著另一種粒子，它的質(zhì)量與

2、質(zhì)子相同，但是不帶電，稱為中子。1932年，盧瑟福的學(xué)生查德威克通過實驗證實了這個猜想。(3)原子核的組成：原子核由_組成，中子和質(zhì)子統(tǒng)稱為_。粒子原子核質(zhì)子和中子核子質(zhì)子(4)原子核的符號(5)核反應(yīng)方程核反應(yīng)：利用天然放射性的_或人工加速的_去轟擊原子核，以產(chǎn)生新的_，這個過程叫作核反應(yīng)。核反應(yīng)過程中放出或吸收的能量叫作_。發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為_。發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為 。遵循規(guī)律：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)_。高速粒子粒子原子核反應(yīng)能守恒2判一判(1)質(zhì)子和中子都不帶電，是原子核的組成成分，統(tǒng)稱為核子。( )(2)原子核的電荷數(shù)等于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)，也就是這種元素的原子序數(shù)。( )(3)發(fā)生核反應(yīng)時不

3、會生成新的原子核。( )答案：BD二、核力及四種基本相互作用1填一填(1)引力相互作用：引力把行星和恒星聚在一起，組成太陽系、銀河系和其他星系，是自然界的一種基本相互作用。(2)電磁相互作用：_間的相互作用、磁體間的相互作用，從本質(zhì)上說是同一種相互作用的不同表現(xiàn)。宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等，都起源于電荷之間的電磁相互作用。(3)強相互作用核力：存在于原子核內(nèi)核子之間的一種作用力，是引力、強力、_力。(4)弱相互作用：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，也是短程力，其力程比強相互作用更短，只有1018 m。電荷短程2判一判(1)核力是強相互作用力，是短程力。( )(2

4、)弱相互作用力是短程力。( )(3)原子核內(nèi)質(zhì)子能聚合在一起，是靠萬有引力來抗衡庫侖力的。( )3想一想質(zhì)子之間存在庫侖力，質(zhì)子與中子、中子與中子之間沒有庫侖力，那么是不是質(zhì)子之間存在核力，質(zhì)子與中子、中子與中子之間沒有核力？提示：不是。核力是短程力，存在于相鄰的核子之間，無論是質(zhì)子之間、質(zhì)子與中子之間，還是中子與中子之間，都存在核力。三、結(jié)合能1填一填(1)結(jié)合能定義：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要_，這就是原子核的結(jié)合能。比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：原子核的結(jié)合能與_之比，叫作比結(jié)合能。比結(jié)合能_，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。(2)質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方

5、程：_。質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量_組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。能量核子數(shù)越大Emc2小于2判一判(1)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越大。( )(2)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。( )(3)比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大。( )3選一選已知質(zhì)子、中子、氘核質(zhì)量分別是m1、m2、m3，光速為c，則質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過程中()A吸收的能量為(m1m2m3)c2B吸收的能量為(m1m2m3)c2C釋放的能量為(m1m2m3)c2D釋放的能量為(m1m2m3)c2解析：質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過程中，質(zhì)量虧損，釋放核能，E(m1m2m3)c2，故D選項正確。

6、答案：D(1)質(zhì)子是由誰發(fā)現(xiàn)的？怎樣發(fā)現(xiàn)的？提示：盧瑟福用粒子轟擊氮核，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子。(2)中子是由誰發(fā)現(xiàn)的？依據(jù)是什么？提示：查德威克發(fā)現(xiàn)中子。發(fā)現(xiàn)依據(jù)：如果原子核中只有質(zhì)子，那么原子核的質(zhì)量與電荷量之比應(yīng)等于質(zhì)子的質(zhì)量與電荷量之比，但實際卻是，絕大多數(shù)情況下前者的比值較大，盧瑟福猜想核內(nèi)還有另一種粒子。查德威克通過實驗證實了這個猜想。 重難釋解1原子核的大小、組成和同位素2對核子數(shù)、電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)的理解(1)核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)之和叫作核子數(shù)。(2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷等于質(zhì)子電荷的整數(shù)倍，通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核

7、的電荷數(shù)。(3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)質(zhì)子和中子的質(zhì)量總和，而質(zhì)子與中子質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫作原子核的質(zhì)量數(shù)。答案(1)88138(2)1.411017 C(3)88原子核的“數(shù)”與“量”辨析(1)核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是相同的，所以原子核的電荷量一定是質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍，核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)叫作核電荷數(shù)，而這些質(zhì)子所帶電荷量的總和才是原子核的電荷量。(2)原子核的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量是不同的，也與元素的原子量不同。原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總和叫作核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和。答案：D2(多選

8、)以下說法中正確的是()A原子中含有帶負電的電子，所以原子帶負電B原子核中的質(zhì)子數(shù)一定跟核外電子數(shù)相等C用粒子轟擊氮、氟、鈉、鋁等元素的原子核都可以打出質(zhì)子，因此人們斷定質(zhì)子是原子核的組成部分D絕大多數(shù)原子核的質(zhì)量跟質(zhì)子質(zhì)量之比都大于核電荷數(shù)跟質(zhì)子數(shù)之比，因而原子核內(nèi)還存在一種不帶電的中性粒子解析：原子中除了帶負電的電子外，還有帶正電的質(zhì)子，故選項A錯；對于原子來說，電中性原子中，原子核的質(zhì)子數(shù)才跟核外電子數(shù)相等，當(dāng)原子得失電子成為離子時，質(zhì)子數(shù)與核外電子數(shù)不再相等，故選項B錯；正是由用粒子轟擊氮原子核的實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，故選項C正確；選項D顯然正確。答案：CD答案C書寫核反應(yīng)方程時應(yīng)注意以下三

9、點(1)核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，核反應(yīng)方程不能用等號連接，只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向。(2)核反應(yīng)方程應(yīng)以實驗事實為基礎(chǔ)，不能憑空編造。(3)核反應(yīng)方程遵守質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中，一般會發(fā)生質(zhì)量的變化。答案：C答案：見解析答案：A探究(三)對比結(jié)合能的理解問題驅(qū)動如圖所示是不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的曲線。(1)從圖中看出，中等質(zhì)量的原子核與重核、輕核相比比結(jié)合能有什么特點？比結(jié)合能的大小反映了什么？提示：中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能較大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。(2)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為比結(jié)合能較大的原子核時是吸收能量還是放

10、出能量？提示：放出能量。 重難釋解1比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示。從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小。2比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定性的關(guān)系(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該核越穩(wěn)定。(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等質(zhì)量大小的核比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。(3)當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時，就可釋放核能。例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個核子

11、數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。答案C結(jié)合能的應(yīng)用技巧(1)組成原子核的核子越多，結(jié)合能越大。(2)結(jié)合能與核子個數(shù)之比稱為比結(jié)合能，比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定。(3)結(jié)合能通常只用在原子核中。解析：因B、C核子平均質(zhì)量小于A的核子平均質(zhì)量，故A分解為B、C時，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，故放出核能，故A錯誤；同理可得B、D錯誤，C正確。答案：C2(多選)鐵的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能大，下列關(guān)于它們的說法正確的是()A鐵的結(jié)合能大于鈾核的結(jié)合能B鐵核比鈾核穩(wěn)定C若鈾核能發(fā)生核變化變成鐵核則要放出能量D若鈾核能發(fā)生核變化變成鐵核則質(zhì)量要虧損解析：鐵核的比結(jié)合能大，則它穩(wěn)定些，鈾核比結(jié)合能小，變成鐵核會放出核

12、能，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，B、C、D正確。答案：BCD答案：C探究(四)質(zhì)能方程與核能計算問題驅(qū)動如圖所示是原子核轉(zhuǎn)變示意圖。(1)在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)是否守恒？提示：在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒。(2)在該核反應(yīng)過程中會釋放出能量，反應(yīng)前后原子核的質(zhì)量是否會發(fā)生變化？提示：核反應(yīng)過程中會發(fā)生質(zhì)量虧損。重難釋解1質(zhì)量虧損所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成原子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?？傊矬w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。2能量與質(zhì)量的關(guān)系質(zhì)能方程Em

13、c2(1)質(zhì)能方程說明，一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。具體地說，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量之積，這里所說的總能量，不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。(2)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時質(zhì)能方程也寫作Emc2。(3)質(zhì)能方程的本質(zhì)質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一，決不能把物質(zhì)和它們的某一屬性(質(zhì)量和能量)等同起來；質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系不

14、等于這兩個量可以相互轉(zhuǎn)化；質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律。根據(jù)愛因斯坦的相對論，輻射出的光子靜質(zhì)量雖然為零，但它有動質(zhì)量，而且這個動質(zhì)量剛好等于虧損的質(zhì)量，所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立。3核能的計算方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算。根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m。(2)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2計算核能。其中m的單位是千克時，E的單位是焦耳。(3)根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能。參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的，因此，利用動量和能量守恒可以計算出核能的變化。(4)利用平均結(jié)合能來計算核能。原子核的結(jié)合能核子的平均結(jié)合能核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)

15、內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。答案(1)4.005 MeV(2)31(3)4.50 MeV核能的兩種單位換算技巧(1)若以kg為質(zhì)量虧損m的單位，則計算時應(yīng)用公式Emc2。(2)若以原子質(zhì)量單位“u”為質(zhì)量虧損單位，則Em931.5 MeV。(3)兩種方法計算的核能的單位分別為“J”和“MeV”，1 MeV11061.61019 J1.61013 J。答案：BD2下列說法中正確的是 ()A愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B由Emc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系C核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量D因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量，且有質(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)量并不守恒解析：Emc2說明能量和質(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，并不是說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，A錯誤，B正確；核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實際上是由靜止的質(zhì)量變成運動的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，C錯誤；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)的質(zhì)量由靜質(zhì)量變成動質(zhì)量，D錯誤。答案：B解析