人教版(新教材)高中物理選擇性必修3教學設(shè)計1：5 3核力與結(jié)合能教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE15.3核力與結(jié)合能課題核力與結(jié)合能單元5學科物理年級高二學習目標物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點，了解結(jié)合能、比結(jié)合能和質(zhì)量虧損的基本觀念和相關(guān)實驗?？茖W思維：理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力?？茖W探究：通過教材上的科學推理，掌握其實質(zhì)，培養(yǎng)科學推理的能力。科學態(tài)度與責任：學習科學家們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，堅持實事求是，培養(yǎng)學習、探索科學的興趣和責任。重點理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。難點理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖導入新課原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子．電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=核子數(shù)核子靠什么力結(jié)合成原子核？原子核的半徑約為10-15m,只相當原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫侖斥力是很大，萬有引力太小,只有庫侖力的10-36。而通常原子核是穩(wěn)定的,于是核內(nèi)還應有另一種力把各種核子緊緊拉在一起，此力稱為核力?；仡櫾雍说慕M成，思考核子為什么能結(jié)合成原子核。由舊知識引發(fā)學生思考，引出新知識。同時讓學生明白新舊知識的關(guān)聯(lián)。講授新課一、核力1、核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力．思考：核力具有怎樣的特點呢？①核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）的一種表現(xiàn)。②核力是短程力。約在10-15m量級時起作用，距離大于0.8×10-15m時為引力,距離為10×10-15m時核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時為斥力。③核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。④核力具有電荷無關(guān)性。對給定的相對運動狀態(tài)，核力與核子電荷無關(guān)。要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物—夸克的相互作用。2、四種相互作用(1)引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨領(lǐng)風騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn),并且聯(lián)系著星系團,決定著宇宙的現(xiàn)狀。萬有引力是長程力。(2)電磁相互作用：電磁力在原子核外,電磁力使電子不脫離原子核而形成原子,使原子結(jié)合成分子,使分子結(jié)合成液體和固體。(3)強相互作用：在原子核內(nèi),強相互作用將核子束縛在一起,強力是短程力。(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因,即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力,其力程比強力更短,作用強度則比電磁力小。課堂練習1、(多選)下列說法正確的是()A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發(fā)生B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核,但又不會融合在一起C.質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子之間都可能有核力D.核力是一種弱相互作用力,在其作用范圍內(nèi),核力比庫侖力大得多〖解析〗核力作用的范圍在10-15m區(qū)域內(nèi),只在鄰近核子間發(fā)生,是短程力,A正確;核力可能表現(xiàn)為引力,也可能表現(xiàn)為斥力,B正確;核力是核子之間的強相互作用力,C正確;核力是一種強相互作用力,D錯誤?！即鸢浮紸BC二、結(jié)合能思考討論：如圖氦原子核是由兩個質(zhì)子和兩個中子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量。反過來，4個核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。思考：那么，把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量有什么關(guān)系?由于核子間存在著強大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．例如：QUOTE聽01聽01n+QUOTE聽11聽11H→QUOTE聽12聽QUOTE聽12聽12H+γ→QUOTE聽11聽11H+QUOTE聽01聽可見，當核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量．這個能量叫做原子核的結(jié)合能．思考：結(jié)合能是原子核具有的能量嗎？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。比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做為比結(jié)合能。也叫平均結(jié)合能。

比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。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)量的原子核要小。2.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。課堂練習2、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)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.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C.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D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大〖解析〗核子結(jié)合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A選項錯誤;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,B、C選項錯誤;中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大,它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多,因此它的結(jié)合能也比輕核大,D選項正確?！即鸢浮紻三、質(zhì)量虧損1、質(zhì)量虧損：原子分解為核子時，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，正表明它們在互相結(jié)合過程中放出了能量

ΔE=Δm·c2愛因斯坦質(zhì)能方程E=mc2

式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。例題：課本p1172、有關(guān)問題的理解和注意事項第一、核反應過程中:核子結(jié)合成原子核時，新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損)，同時以光子形式釋放核能；原子核分解為核子時，需要吸收一定能量，核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量。第二、核反應過程中，質(zhì)量虧損時，核子個數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒)，可理解為組成原子核后，核內(nèi)每個核子仿佛“瘦了”一些。第三、質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動質(zhì)量，因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。第四、公式ΔE=Δm·c2的單位問題國際單位:m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”常用單位:m用“u(原子質(zhì)量單位)”

1u=1.660566×10-27kgΔE用“uc2”1uc2=931MeV(表示1u的質(zhì)量變化相當于931MeV的能量改變)課堂練習3、一靜止的氡核QUOTERn)發(fā)生α衰變,放出一個速度為v0,質(zhì)量為m的α粒子和一個質(zhì)量為M的反沖核釙(Po),若氡核發(fā)生衰變時,釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子和釙核的動能。(1)寫出衰變方程;(2)求出反沖核的速度;(計算結(jié)果不得使用原子量表示)(3)求出這一衰變過程中虧損的質(zhì)量。(計算結(jié)果不得使用原子量表示)〖解析〗(1)設(shè)生成物的原子核為QUOTE聽ZA聽ZAX,根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒A=222-4=218,據(jù)電荷數(shù)守恒Z=86-2=84,即原子序數(shù)為84,是釙(Po),核反應方程為QUOTE聽86222聽86222Rn→QUOTE聽84218聽84218PoQUOTE+24+(2)設(shè)釙核的反沖速度大小為v,由動量守恒定律,得0=mv0-Mvv=QUOTEmv0Mmv(3)在衰變過程中產(chǎn)生的核能ΔE=QUOTE12mv02+1212mv02+由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2可知質(zhì)量虧損為Δm=QUOTE。思考問題，并給出〖答案〗。明確核力的特點和四種相互作用的特點。完成課堂練習完成思考題。理解結(jié)合能的概念學習結(jié)合能和比結(jié)合能的特點。完成課堂練習學習質(zhì)量虧損的概念。完成例題理解質(zhì)量虧損不表示質(zhì)量減少。完成課堂練習思考的形式，讓學生明確核力的特點。通過練習加強學生對核力特點、四種相互作用的特點的理解。讓學生從能量守恒的角度思考問題，培養(yǎng)學生正確的思考物理問題的方式。學生完成思考題，通過與同學之間的討論，讓學生能正確理解結(jié)合能的概念。結(jié)合能和比結(jié)合能的概念較為抽象，通過闡述比結(jié)合能和原子核穩(wěn)定之間的關(guān)系，讓學生能更好的理解記憶。展示標準的解題過程，在平時規(guī)范學生的解題步驟。通過練習，鞏固基礎(chǔ)知識。拓展提高1、氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成,這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力,則三種力從大到小的順序是()A.核力、萬有引力、庫侖力B.萬有引力、庫侖力、核力C.庫侖力、核力、萬有引力D.核力、庫侖力、萬有引力〖解析〗核力是核子之間的一種強相互作用,其相互作用力巨大,遠超過兩個質(zhì)子之間的庫侖力,兩質(zhì)子之間的萬有引力遠小于庫侖力,故選項D正確?！即鸢浮紻2、太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A.1036kg B.1018kg C.1013kg D.109kg〖解析〗由質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,Δm=QUOTEkg=4.4×109kg,D正確。〖答案〗D3、(多選)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)合成原子核時放出能量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