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1、第4章第1講核力與核能目標定位1.知道核力的概念、特點.2.知道穩(wěn)定原子核中質子與中子的比例特點.3.理解結合能和平均結合能的概念，知道核反應中的質量虧損.4.知道愛因斯坦質能方程，理解質量與能量的關系.1 預習導學 梳理識記點撥 2 課堂講義 理解深化探究3 對點練習 鞏固應用反饋預習導學 梳理識記點撥一、核力與核的穩(wěn)定性1.核力：把原子核中的 維系在一起的力.2.核力特點：(1)核力是一種 .(2)核力是 ，作用范圍在 左右.3.核素：具有一定數目 和一定數目 的一種原子.4.核素圖：用橫坐標表示質子數，縱坐標表示中子數，每一種 用一小方塊表示，所得到的圖象.核子強相互作用短程力質子中子核
2、素2 fm5.核的穩(wěn)定性(1)核素的穩(wěn)定區(qū)：幾乎全落在一條曲線上，或緊靠曲線兩側的區(qū)域.(2)穩(wěn)定核素的中子數與質子數的關系：隨著 的增加，穩(wěn)定核素的中子數越來越 質子數.質子數大于二、結合能與平均結合能1.結合能：核子結合成原子核時 的能量.2.質量虧損(1)愛因斯坦質能方程 .(2)質量虧損：任何一個原子核的質量總是 組成它的所有核子的質量之和，這一差值稱為質量虧損.(3)虧損的質量與釋放的能量間的關系： .放出Emc2小于Emc2想一想有人認為質量虧損就是核子的個數變少了，這種認識對不對？答案不對.在核反應中質量數守恒即核子的個數不變，只是核子組成原子核時，仿佛變“輕”了一些，原子核的質
3、量總是小于其全部核子質量之和，即發(fā)生了質量虧損，核子的個數并沒有變化.3.平均結合能核子結合成原子核時每個核子平均放出的能量.平均結合能越大，原子核越 分離成單個核子.難課堂講義 理解深化探究一、對核力及原子核中質子與中子的比例的理解1.核力的特點：核力是只在鄰近的核子之間發(fā)生的一種強相互作用，是短程力.2.核子比例關系：較輕的原子核質子數與中子數大致相等，但對于較重的原子核中子數大于質子數，越重的元素，兩者相差越多.3.形成原因(1)若用質子與中子成對地人工構建原子核，由于核力是短程力，當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了.(2)若
4、只增加中子，中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數要比質子數多.(3)由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會大于核力的作用范圍，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的.例1下列關于原子核中質子和中子的說法，正確的是()A.原子核中質子數和中子數一定相等B.穩(wěn)定的重原子核里，質子數比中子數多C.原子核都是非常穩(wěn)定的D.對于較重的原子核，由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果繼續(xù)增大原子核，形成的核也一定是不穩(wěn)定的解析自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，對于較重的原子
5、核，中子數大于質子數，越重的元素，兩者相差越多.因此正確答案為D.答案D二、結合能與平均結合能的理解1.平均結合能曲線：不同原子核的平均結合能隨質量數變化的圖線如圖1所示.圖1從圖中可看出，中等質量原子核的平均結合能較大，輕核和重核的平均結合能都比中等質量的原子核要小.2.當平均結合能較小的原子核轉化為平均結合能較大的原子核時會釋放核能，反之，需要吸收能量.3.平均結合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定程度.平均結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，中等核子數的原子核平均結合能較大，原子核較穩(wěn)定.例2下列關于結合能和平均結合能的說法中，正確的有()A.核子結合成原子核吸收的能量或原子
6、核拆解成核子放出的能量稱為結合能B.平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結合能也一定越大C.重核與中等質量原子核相比較，重核的結合能和平均結合能都較大D.中等質量原子核的結合能和平均結合能均比輕核的要大解析核子結合成原子核會放出能量，原子核拆解成核子需要吸收能量，A選項錯誤；平均結合能越大的原子核越穩(wěn)定，但平均結合能越大的原子核，其結合能不一定大，例如中等質量原子核的平均結合能比重核的大，但由于核子數比重核的少，其結合能比重核的反而小，B、C選項錯誤；中等質量原子核的平均結合能比輕核的大，它的原子核內核子數又比輕核的多，因此它的結合能也比輕核大，D選項正確.答案D借題發(fā)揮結合能、平均結合能的
7、對比理解(1)核子結合成原子核時一定釋放能量，原子核分開成核子時一定吸收能量.吸收或釋放的能量越大，表明原子核的結合能越大.(2)平均結合能為結合能與核子數的比值，平均結合能越大表明原子核越穩(wěn)定.一般情況下，中等質量的原子核比輕核和重核的平均結合能都大.針對訓練一個中子與某原子核發(fā)生核反應，生成一個氘核，其核反應方程為_.該反應放出的能量為Q，則氘核的平均結合能為_.三、質量虧損和核能的計算1.對質能方程和質量虧損的理解(1)質能方程質能方程：愛因斯坦的相對論指出，物體的能量和質量之間存在著密切的聯(lián)系，其關系是Emc2.(2)質量虧損質量虧損，并不是質量消失，減少的質量在核子結合成核的過程中以
8、能量的形式輻射出去了.物體質量增加，則總能量隨之增加；質量減少，總能量也隨之減少.這時質能方程也寫作Emc2.2.核能的計算方法(1)根據質量虧損計算根據核反應方程，計算核反應前后的質量虧損m.根據愛因斯坦質能方程Emc2計算核能.其中m的單位是千克，E的單位是焦耳.(2)利用原子質量單位u和電子伏特計算根據1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV.其中m的單位是u，E的單位是MeV.A.X是質子，該反應釋放能量B.X是中子，該反應釋放能量C.X是質子，該反應吸收能量D.X是中子，該反應吸收
9、能量答案B借題發(fā)揮在核反應中，是釋放能量還是吸收能量，需要確定反應前后質量的變化.若反應后質量減少即發(fā)生了質量虧損，則釋放出能量，反之吸收能量.由于不明確質量虧損的含義與能量的關系，易誤選D.注意此反應過程質量發(fā)生虧損，釋放出能量.解析反應前總質量：MNMHe18.011 40 u，反應后總質量：MOMH18.012 69 u.可以看出：反應后總質量增加，故該反應是吸收能量的反應.吸收的能量利用Emc2來計算，若反應過程中質量增加1 u，就會吸收931.5 MeV的能量，故E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV.答案吸收能量1.2 MeV對點練習 鞏固應用反
10、饋對原子核中質子與中子比例的理解1.在自然界中，對于較重的原子核的中子數和質子數的比例關系，下列說法正確的是()A.中子數等于質子數 B.中子數小于質子數C.中子數大于質子數 D.無法確定解析原子核越重，質子間庫侖斥力就越大，因中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以中子數多于質子數才有助于維系原子核的穩(wěn)定，故穩(wěn)定的重原子核里，中子數要比質子數多.故正確答案為C.答案C對結合能與平均結合能的理解2.質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3.當一個質子和一個中子結合成氘核時，釋放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1m2m3)c B.(m1m2m3)cC.(m1m2m3)
11、c2 D.(m1m2m3)c2解析根據質能方程，Emc2，其中mm1m2m3，則E(m1m2m3)c2，C正確，A、B、D錯誤.C質量虧損和核能的計算3.為紀念愛因斯坦對物理學的巨大貢獻，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”.對于愛因斯坦提出的質能方程Emc2，下列說法中不正確的是()A.Emc2表明物體具有的能量與其質量成正比B.根據Emc2可以計算核反應中釋放的核能C.一個中子和一個質子結合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現了質量虧損D.Emc2中的E是發(fā)生核反應時釋放的核能解析愛因斯坦質能方程Emc2，定量地指出了物體的能量和質量之間的關系，A正確；由質能方程知，當物體的質量減少時，物體的能量降低，向外釋放了能量，反之，若物體的質量增加了，則物體的能量增加，表明它從外界吸收了能量，所以由物體的質量變化能算出物體的能量變化，故B、C正確，D錯誤.答案D(2)計算上述核反應釋放出的能量.(保留3位有效數字)解析核反應的質量虧損mmLimp2m(11.650 510271.673 6102726.646 61027) kg3.091029 kg釋放的能量Emc23.091029(3108)2 J2.781012 J.答案2.781012 J
高中物理 第4章 核能 第1講 核力與核能課件 魯科版選修35
