2020高中物理 第章 4 原子核的結(jié)合能學(xué)案 教科版-5

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE12-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精4。原子核的結(jié)合能[學(xué)習(xí)目標(biāo)］1。知道原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損,并能用質(zhì)能方程進(jìn)行計算．(重點、難點)2.知道比結(jié)合能的概念，知道比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，了解比結(jié)合能曲線的意義．（重點)一、原子核的結(jié)合能及其計算1．結(jié)合能核子結(jié)合成原子核所釋放的能量．2．質(zhì)能關(guān)系（1）物體的能量與其質(zhì)量的關(guān)系式E＝mc2.(2)能量計算ΔE＝Δmc2。3．質(zhì)量虧損核反應(yīng)中的質(zhì)量減少稱為質(zhì)量虧損．二、比結(jié)合能1．比結(jié)合能原子核的結(jié)合能ΔE除以核子數(shù)A，即eq\f(ΔE,A）稱為原子核的比結(jié)合能，又叫平均結(jié)合能．2．核聚變和核裂變（1)核聚變:兩個輕核結(jié)合成較重的單個原子核時會釋放能量,這樣的過程叫核聚變．兩個氘核的聚變:eq\o\al(2，1)H＋eq\o\al（2，1）H→eq\o\al(4,2)He。(2）核裂變：一個重核分裂為兩個(或多個）中等質(zhì)量的核時釋放出能量，這樣的過程叫核裂變．1．正誤判斷（正確的打“√”，錯誤的打“×"）(1)原子核的結(jié)合能就是核子結(jié)合成原子核時需要的能量． (×)（2)質(zhì)量虧損是因為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量． （×）（3)質(zhì)能方程E＝mc2表明了質(zhì)量與能量間的一種對應(yīng)關(guān)系． (√)(4）原子核的核子數(shù)越多，比結(jié)合能越大． （×）（5)比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定． (√)（6）由比結(jié)合能曲線可知，核聚變和核裂變兩種核反應(yīng)方式都能釋放核能． (√)2．(多選)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成氘核，同時放出γ光子,核反應(yīng)方程是eq\o\al(1,1）H＋eq\o\al（1，0）n→eq\o\al(2,1）H＋γ，以下說法中正確的是（）A．反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B．反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)不變,因而質(zhì)量不變C．反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變,但會出質(zhì)量虧損D．γ光子的能量為Δmc2，Δm為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損,c為光在真空中的速度ACD[核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)及能量均守恒,由于反應(yīng)中要釋放核能，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，反應(yīng)中氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和,所以質(zhì)量不守恒，但質(zhì)量數(shù)不變，且能量守恒，釋放的能量會以光子的形式向外釋放，故正確答案為A、C、D.］3．下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中，正確的有（）A．核子結(jié)合成原子核時吸收能量B．原子核拆解成核子時要吸收能量C．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D．重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大B［核子結(jié)合成原子核時放出能量,原子核拆解成核子時吸收能量，A錯誤，B正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大,例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大,但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，C、D選項錯誤．］對結(jié)合能的理解及計算1．對質(zhì)量虧損的理解質(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．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)能方程也寫為ΔE＝Δmc2.2．核能的計算方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算①根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm.②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能．其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．(2）利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計算根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931。5MeV，即ΔE＝Δm×931。5MeV。其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.【例1】取質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1。6726×10－27kg,中子的質(zhì)量mn＝1。6749×10－27kg，α粒子的質(zhì)量mα＝6.6467×10－27kg，光速c＝3.0×108m/s。請計算α粒子的結(jié)合能．（計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）[解析］組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差Δm＝(2mp＋2mn)－mα結(jié)合能ΔE＝Δmc2代入數(shù)據(jù)得ΔE＝4.3×10－12J.[答案］4.3×10－12J核能的兩種單位兩種方法計算的核能的單位分別為“J"和“MeV”,1MeV＝1×106×1。6×10－19J＝1。6×10－13J。1．(多選)關(guān)于質(zhì)能方程，下列哪些說法是正確的（）A．質(zhì)量減少，能量就會增加，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．一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的BD[質(zhì)能方程E＝mc2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，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)ΔE＝Δmc2進(jìn)行計算，故B、D對．]對比結(jié)合能的理解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)變化的圖線如圖所示．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?。?．比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(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,表示該原子核就越穩(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；中等核子數(shù)的原子核，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，就可能釋放核能．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)合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能．【例2】（多選)如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量eq\x\to（m）與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，由圖可知下列說法正確的是（)A．將原子核A分解為原子核B、C一定放出能量B．將原子核D、E結(jié)合成原子核F可能吸收能量C．將原子核A分解為原子核B、F一定釋放能量D．將原子核F、C結(jié)合成原子核B一定釋放能量AC［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,會出現(xiàn)質(zhì)量虧損,故放出核能，故A正確，同理可得B、D錯誤，C正確．]結(jié)合能的應(yīng)用技巧(1）組成原子核的核子越多,結(jié)合能越高．(2）結(jié)合能與核子個數(shù)之比稱作比結(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．2．下圖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?(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出能量？［答案］（1）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)放出能量.課堂小結(jié)知識網(wǎng)絡(luò)1.結(jié)合能的定義及其計算。2。質(zhì)量虧損的定義及質(zhì)能方程.3。比結(jié)合能及其曲線的理解.1．(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能C．銫原子核(eq\o\al（133,55)Cs）的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208，82）Pb)的結(jié)合能D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定E．自由核子組成原子核時,其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能ABC[結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量，選項A正確；一重原子核衰變成α粒子和另一原子核，存在質(zhì)量虧損，核子比結(jié)合能增大，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能，選項B正確;核子數(shù)越多,結(jié)合能越大，選項C正確；比結(jié)合能也叫平均結(jié)合能,比結(jié)合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩(wěn)定，選項D錯誤；自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，選項E錯誤．］2．(多選)關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程，下列說法正確的是（)A．E＝mc2中的E是物體以光速c運動的動能B．E＝mc2是物體各種形式能的總和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中虧損的質(zhì)量Δm轉(zhuǎn)化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動質(zhì)量被放出的能量帶走BD［愛因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2表明，物體的質(zhì)量與其他各種形式的能量之間的關(guān)系，故A錯誤，B正確．ΔE＝Δmc2表明，在核反應(yīng)中虧損的質(zhì)量Δm將產(chǎn)生ΔE＝Δmc2的能量，只是以另一種形態(tài)的質(zhì)量（動質(zhì)量）釋放出來，與這部分質(zhì)量Δm相對應(yīng)的能量為Δmc2，而絕不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量了，故C錯誤，D正確．］3．原子質(zhì)量單位為u,1u相當(dāng)于931。5MeV的能量，真空中光速為c.當(dāng)質(zhì)量分別為m1（kg）和m2（kg)的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M(kg）的原子核時，釋放出的能量是（）A．（M－m1－m2)·c2JB．(m1＋m2－M）×931。5JC．(m1＋m2－M)·c2JD．（m1＋m2－M)×931.5eVC［在計算核能時,如果質(zhì)量的單位是kg，則用ΔE＝Δmc2進(jìn)行計算，能量單位是J；若質(zhì)量單位是u,則利用ΔE＝Δm×931.5MeV進(jìn)行計算,故選項C正確．］4．當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個α粒子時,放出28。30MeV的能量，當(dāng)三個α粒