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

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1、第4章第1講核力與核能目標(biāo)定位1.知道核力的概念、特點.2.知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例特點.3.理解結(jié)合能和平均結(jié)合能的概念,知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損.4.知道愛因斯坦質(zhì)能方程,理解質(zhì)量與能量的關(guān)系.1 預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 梳理識記點撥 2 課堂講義 理解深化探究3 對點練習(xí) 鞏固應(yīng)用反饋預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué) 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(shù)目 和一定數(shù)目 的一種原子.4.核素圖:用橫坐標(biāo)表示質(zhì)子數(shù),縱坐標(biāo)表示中子數(shù),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(zhì)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(cè)的區(qū)域.(2)穩(wěn)定核素的中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的關(guān)系:隨著 的增加,穩(wěn)定核素的中子數(shù)越來越 質(zhì)子數(shù).質(zhì)子數(shù)大于二、結(jié)合能與平均結(jié)合能1.結(jié)合能:核子結(jié)合成原子核時 的能量.2.質(zhì)量虧損(1)愛因斯坦質(zhì)能方程 .(2)質(zhì)量虧損:任何一個原子核的質(zhì)量總是 組成它的所有核子的質(zhì)量之和,這一差值稱為質(zhì)量虧損.(3)虧損的質(zhì)量與釋放的能量間的關(guān)系: .放出Emc2小于Emc2想一想有人認為質(zhì)量虧損就是核子的個數(shù)變少了,這種認識對不對?答案不對.在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒即核子的個數(shù)不變,只是核子組成原子核時,仿佛變“輕”了一些,原子核的質(zhì)

3、量總是小于其全部核子質(zhì)量之和,即發(fā)生了質(zhì)量虧損,核子的個數(shù)并沒有變化.3.平均結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時每個核子平均放出的能量.平均結(jié)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(zhì)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(guān)系:較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,但對于較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù),越重的元素,兩者相差越多.3.形成原因(1)若用質(zhì)子與中子成對地人工構(gòu)建原子核,由于核力是短程力,當(dāng)原子核增大到一定程度時,相距較遠的質(zhì)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(shù)要比質(zhì)子數(shù)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(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法,正確的是()A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B.穩(wěn)定的重原子核里,質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)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(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,對于較重的原子

5、核,中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù),越重的元素,兩者相差越多.因此正確答案為D.答案D二、結(jié)合能與平均結(jié)合能的理解1.平均結(jié)合能曲線:不同原子核的平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的圖線如圖1所示.圖1從圖中可看出,中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能較大,輕核和重核的平均結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小.2.當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)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(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定程度.平均結(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,中等核子數(shù)的原子核平均結(jié)合能較大,原子核較穩(wěn)定.例2下列關(guān)于結(jié)合能和平均結(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

6、核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.平均結(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)合能和平均結(jié)合能都較大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要大解析核子結(jié)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(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,但平均結(jié)合能越大的原子核,其結(jié)合能不一定大,例如中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能比重核的大,但由于核子數(shù)比重核的少,其結(jié)合能比重核的反而小,B、C選項錯誤;中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能比輕核的大,它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核的多,因此它的結(jié)合能也比輕核大,D選項正確.答案D借題發(fā)揮結(jié)合能、平均結(jié)合能的

7、對比理解(1)核子結(jié)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(jié)合能越大.(2)平均結(jié)合能為結(jié)合能與核子數(shù)的比值,平均結(jié)合能越大表明原子核越穩(wěn)定.一般情況下,中等質(zhì)量的原子核比輕核和重核的平均結(jié)合能都大.針對訓(xùn)練一個中子與某原子核發(fā)生核反應(yīng),生成一個氘核,其核反應(yīng)方程為_.該反應(yīng)放出的能量為Q,則氘核的平均結(jié)合能為_.三、質(zhì)量虧損和核能的計算1.對質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解(1)質(zhì)能方程質(zhì)能方程:愛因斯坦的相對論指出,物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系,其關(guān)系是Emc2.(2)質(zhì)量虧損質(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

8、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)能方程也寫作Emc2.2.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)前后的質(zhì)量虧損m.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,E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931.5 MeV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931.5 MeV,即Em931.5 MeV.其中m的單位是u,E的單位是MeV.A.X是質(zhì)子,該反應(yīng)釋放能量B.X是中子,該反應(yīng)釋放能量C.X是質(zhì)子,該反應(yīng)吸收能量D.X是中子,該反應(yīng)吸收

9、能量答案B借題發(fā)揮在核反應(yīng)中,是釋放能量還是吸收能量,需要確定反應(yīng)前后質(zhì)量的變化.若反應(yīng)后質(zhì)量減少即發(fā)生了質(zhì)量虧損,則釋放出能量,反之吸收能量.由于不明確質(zhì)量虧損的含義與能量的關(guān)系,易誤選D.注意此反應(yīng)過程質(zhì)量發(fā)生虧損,釋放出能量.解析反應(yīng)前總質(zhì)量:MNMHe18.011 40 u,反應(yīng)后總質(zhì)量:MOMH18.012 69 u.可以看出:反應(yīng)后總質(zhì)量增加,故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng).吸收的能量利用Emc2來計算,若反應(yīng)過程中質(zhì)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(xí) 鞏固應(yīng)用反

10、饋對原子核中質(zhì)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(shù)和質(zhì)子數(shù)的比例關(guān)系,下列說法正確的是()A.中子數(shù)等于質(zhì)子數(shù) B.中子數(shù)小于質(zhì)子數(shù)C.中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) D.無法確定解析原子核越重,質(zhì)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(shù)多于質(zhì)子數(shù)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(shù)要比質(zhì)子數(shù)多.故正確答案為C.答案C對結(jié)合能與平均結(jié)合能的理解2.質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3.當(dāng)一個質(zhì)子和一個中子結(jié)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(jù)質(zhì)能方程,Emc2,其中mm1m2m3,則E(m1m2m3)c2,C正確,A、B、D錯誤.C質(zhì)量虧損和核能的計算3.為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)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(zhì)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(zhì)量成正比B.根據(jù)Emc2可以計算核反應(yīng)中釋放的核能C.一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時,釋放出核能,表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損D.Emc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)時釋放的核能解析愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2,定量地指出了物體的能量和質(zhì)量之間的關(guān)系,A正確;由質(zhì)能方程知,當(dāng)物體的質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(yīng)釋放出的能量.(保留3位有效數(shù)字)解析核反應(yīng)的質(zhì)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

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