人教版(新教材)高中物理選擇性必修3教學(xué)設(shè)計(jì)3：5 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(cè)PAGEPAGE15.3核力與結(jié)合能〖教學(xué)目標(biāo)〗一、知識(shí)與技能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。二、過(guò)程與方法1．會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能。2．培養(yǎng)理解能力、推理能力、及數(shù)學(xué)計(jì)算能力。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1．樹立起實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)理論對(duì)實(shí)踐有著指導(dǎo)和預(yù)見作用的能力。2．認(rèn)識(shí)開發(fā)和利用核能對(duì)解決人類能源危機(jī)的重要意義?！冀虒W(xué)重點(diǎn)〗質(zhì)量虧損及愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程的理解。〖教學(xué)難點(diǎn)〗結(jié)合能的概念、愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關(guān)系?！冀虒W(xué)過(guò)程〗一、新課導(dǎo)入原子核的核子之間存在著巨大的核力,使小小的原子核蘊(yùn)藏巨大的能量。如圖,氦原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)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(guò)來(lái),4個(gè)核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。當(dāng)核反應(yīng)發(fā)生時(shí),要吸收或放出大量的能量。在有質(zhì)量虧損的核反應(yīng)當(dāng)中,放出能量。進(jìn)入20世紀(jì)以后,核能已成為能源家族中重要的一員。二、進(jìn)行新課（一）核力與四種基本相互作用1.四種基本相互作用2.核力及核力的特點(diǎn)(1)核力:原子核中的核子之間存在一種很強(qiáng)的相互作用,即存在一種核力,它使得核子緊密地結(jié)合在一起,形成穩(wěn)定的原子核。這種作用稱為強(qiáng)相互作用。(2)核力的特點(diǎn):距離增大時(shí),強(qiáng)相互作用急劇減小,它的作用范圍只有約10-15m,即原子核的大小,超過(guò)這個(gè)界限,這種相互作用實(shí)際上已經(jīng)不存在了,它是短程力。例1．氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成，這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是（）A．核力、萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力B．萬(wàn)有引力、庫(kù)侖力、核力C．庫(kù)侖力、核力、萬(wàn)有引力D．核力、庫(kù)侖力、萬(wàn)有引力〖答案〗D問(wèn)題1.是不是從任何一種核反應(yīng)中都能獲得能量?〖提*示〗:不是。有的核反應(yīng)需要吸收能量。（二）結(jié)合能1.結(jié)合能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,也需要能量,這就是原子核的結(jié)合能。這個(gè)能量也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量。組成原子核的核子越多,它的結(jié)合能越大。2.比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,叫作比結(jié)合能,也叫作平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大,原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。3.比結(jié)合能的特點(diǎn)(1)不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的。(2)中等大小的核的比結(jié)合能最大(平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。拓展：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,原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。(2)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(shí),就可能釋放核能。例如,一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核,或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核,都能釋放出巨大的核能。例2．下列說(shuō)法正確的是（）A．自由核子結(jié)合成原子核時(shí)，一定遵循質(zhì)量守恒B．在發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量一定等于反應(yīng)后所生成物質(zhì)的總質(zhì)量C．發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個(gè)反應(yīng)是放能反應(yīng)D．發(fā)生核反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個(gè)反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生核反應(yīng)〖答案〗C問(wèn)題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)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和,即發(fā)生了質(zhì)量虧損。（三）質(zhì)量虧損1.愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程:E=mc2。2.質(zhì)量虧損原子核的質(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。質(zhì)量虧損表明,的確存在著原子核的結(jié)合能。問(wèn)題3.核反應(yīng)過(guò)程發(fā)生了質(zhì)量虧損,同時(shí)釋放出核能,能說(shuō)這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰苛藛?〖提*示〗:不能。質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?。拓展：質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程(1)質(zhì)量虧損,并不是質(zhì)量消失。(2)質(zhì)能方程E=mc2說(shuō)明一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性,建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系,但不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化。(3)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(shí)質(zhì)能方程也寫作ΔE=Δmc2。例3．關(guān)于質(zhì)能方程，下列說(shuō)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〖答案〗BD計(jì)算核能的方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能先計(jì)算質(zhì)量虧損Δm:根據(jù)核反應(yīng)方程,計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm。再計(jì)算核能ΔE:若Δm的單位是千克,則應(yīng)用ΔE=Δmc2計(jì)算核能,ΔE的單位是焦耳;若Δm的單位是u,則應(yīng)用ΔE=Δm×931.5MeV計(jì)算核能,ΔE的單位是MeV。(2)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒來(lái)計(jì)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(guò)程中的動(dòng)量和能量是守恒的,因此,利用動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核能的變化。(3)利用比結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能原子核的結(jié)合能=原子核的比結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)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。例4．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4×1026J，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量最接近（）A．1036kg B．1018kg C．1013kg D．109kg〖答案〗D三、練習(xí)鞏固1．下列說(shuō)法中正確的是（）A．原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫(kù)侖力B．對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用C．重核比中等質(zhì)量的核更穩(wěn)定D．兩個(gè)質(zhì)子之間不管距離如何，核力總大于庫(kù)侖力〖答案〗B2．下列說(shuō)法中，正確的是（）A．愛(ài)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E＝mc2可知，能量與質(zhì)量之