高中物理3.4原子核的結(jié)合能課件(教科版選修3-5)

1、1.理解原子核的結(jié)合能的概念理解原子核的結(jié)合能的概念.2.知道質(zhì)量虧損的概念，了解愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程知道質(zhì)量虧損的概念，了解愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程.3.學(xué)會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念進(jìn)行核能的計(jì)學(xué)會(huì)根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念進(jìn)行核能的計(jì)算算. 學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)定位學(xué)習(xí)探究區(qū)一、一、結(jié)合能和比結(jié)合能結(jié)合能和比結(jié)合能二、二、核能的計(jì)算核能的計(jì)算一、結(jié)合能和比結(jié)合能問(wèn)題設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)1.設(shè)有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子在核力作用下靠近碰撞并結(jié)設(shè)有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子在核力作用下靠近碰撞并結(jié)合成一個(gè)氘核合成一個(gè)氘核.質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過(guò)程中是釋放質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過(guò)程中是釋放能量還是吸收能量？使氘核分解

2、為質(zhì)子和中子的過(guò)程能量還是吸收能量？使氘核分解為質(zhì)子和中子的過(guò)程中呢？中呢？答案答案質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核的過(guò)程中要釋放能量；質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核的過(guò)程中要釋放能量；氘核分解成核子時(shí)要吸收能量氘核分解成核子時(shí)要吸收能量.2.如圖如圖1所示，是不同原子核的比結(jié)合能隨核子數(shù)變化所示，是不同原子核的比結(jié)合能隨核子數(shù)變化的曲線的曲線.圖圖1(1)從圖中看出，中等質(zhì)量的原子核與重核、輕核相比從圖中看出，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(diǎn)？比結(jié)合能的大小反映了什么？比結(jié)合能有什么特點(diǎn)？比結(jié)合能的大小反映了什么？答案答案中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能較大，比結(jié)合能的中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能較大，

3、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，原子越大小反映了原子核的穩(wěn)定性，比結(jié)合能越大，原子越穩(wěn)定穩(wěn)定.(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(shí)是吸收能量還是放出能量？核時(shí)是吸收能量還是放出能量？答案答案放出放出能量能量.要點(diǎn)要點(diǎn)提煉提煉1.結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時(shí)時(shí) 的的能量或原子核分能量或原子核分解為核子解為核子時(shí)時(shí) 的的能量叫做原子核的結(jié)合能能量叫做原子核的結(jié)合能.2.輕核與重核，比結(jié)合能都輕核與重核，比結(jié)合能都比較比較 ， 的的原子核，原子核，比結(jié)合能較大比結(jié)合能較大.釋放釋放吸收吸收小小中等質(zhì)

4、量中等質(zhì)量重核分裂為兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核的過(guò)程，是吸收能重核分裂為兩個(gè)質(zhì)量較小的原子核的過(guò)程，是吸收能量還是釋放能量？?jī)蓚€(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核量還是釋放能量？?jī)蓚€(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核時(shí)，是吸收能量還是釋放能量？時(shí)，是吸收能量還是釋放能量？答案答案都釋放能量都釋放能量.延伸延伸思考思考例例1使一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，會(huì)放出使一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，會(huì)放出2.2 MeV的能量，則下列說(shuō)法正確的是的能量，則下列說(shuō)法正確的是()A.用能量小于用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核不氘核不 能能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子

5、B.用能量等于用能量等于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可氘核可 能能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之動(dòng)能之和為和為零零C.用能量大于用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可 能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零零D.用能量大于用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可可 分解分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和不為零為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和不為零解析解析中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核所釋放的

6、能量或氘核分中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核所釋放的能量或氘核分解成中子和質(zhì)子所吸收的能量都相等，即為此反應(yīng)的解成中子和質(zhì)子所吸收的能量都相等，即為此反應(yīng)的結(jié)合能，只有光子能量大于或等于結(jié)合能，才能使它結(jié)合能，只有光子能量大于或等于結(jié)合能，才能使它們分解們分解.又因?yàn)橹凶雍唾|(zhì)子不可能沒(méi)有速度，所以動(dòng)能又因?yàn)橹凶雍唾|(zhì)子不可能沒(méi)有速度，所以動(dòng)能之和不可能為零之和不可能為零(若動(dòng)能之和為零就分不開(kāi)了若動(dòng)能之和為零就分不開(kāi)了)，所以，所以A、D正確正確.答案答案AD返回返回問(wèn)題設(shè)計(jì)問(wèn)題設(shè)計(jì)二、核能的計(jì)算1.用用粒子轟擊鈹粒子轟擊鈹( Be)核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程甲甲同學(xué)說(shuō)：核反應(yīng)過(guò)程中核子數(shù)

7、沒(méi)變，所以質(zhì)量是守同學(xué)說(shuō)：核反應(yīng)過(guò)程中核子數(shù)沒(méi)變，所以質(zhì)量是守恒的；恒的；甲同學(xué)說(shuō)：核反應(yīng)過(guò)程中核子數(shù)沒(méi)變，所以質(zhì)量是守恒的；甲同學(xué)說(shuō)：核反應(yīng)過(guò)程中核子數(shù)沒(méi)變，所以質(zhì)量是守恒的；乙同學(xué)查找資料，各個(gè)原子核或核子的質(zhì)量如下：乙同學(xué)查找資料，各個(gè)原子核或核子的質(zhì)量如下：mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u.(其中其中1 u1.660 5661027 kg)，它通過(guò)計(jì)算，它通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)之后的質(zhì)量減少了，于是他得出結(jié)論：核反應(yīng)發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)之后的質(zhì)量減少了，于是他得出結(jié)論：核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量消失了過(guò)程中質(zhì)量消失了.這兩個(gè)同學(xué)的說(shuō)法對(duì)嗎？如果

8、不對(duì)錯(cuò)在哪里？你對(duì)質(zhì)量虧這兩個(gè)同學(xué)的說(shuō)法對(duì)嗎？如果不對(duì)錯(cuò)在哪里？你對(duì)質(zhì)量虧損是如何理解的？損是如何理解的？答案答案甲同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤甲同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤.核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒而核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；乙同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤不是質(zhì)量守恒；乙同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤.質(zhì)量虧損并不是質(zhì)質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量的消失量的消失.對(duì)質(zhì)量虧損的理解對(duì)質(zhì)量虧損的理解其一，在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，所謂其一，在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，所謂的質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰康馁|(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)

9、質(zhì)量，質(zhì)量虧損是是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量.其二，質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核其二，質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個(gè)數(shù)是不變的子個(gè)數(shù)是不變的.2.試計(jì)算上述核反應(yīng)過(guò)程中是釋放能量，還是吸收能量？試計(jì)算上述核反應(yīng)過(guò)程中是釋放能量，還是吸收能量？能量變化多少？能量變化多少？(其中其中c3108 m/s)答案答案反應(yīng)前的總質(zhì)量反應(yīng)前的總質(zhì)量m1mBem9.012 19 u4.002 6 u13.014 79 u反應(yīng)后的總質(zhì)量反應(yīng)后的總質(zhì)量m2mCmn12.000 0 u1.00

10、8 665 u13.008 665 u所以質(zhì)量虧損所以質(zhì)量虧損mm1m213.014 79 u13.008 665 u0.006 125 u.放出的放出的能量能量Emc20.006 125 uc20.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J5.719 MeV. 要點(diǎn)要點(diǎn)提煉提煉1.對(duì)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解對(duì)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解(1)質(zhì)能方程質(zhì)能方程質(zhì)能方程：愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)質(zhì)能方程：愛(ài)因斯坦的相對(duì)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)系是量之間存在著密切的聯(lián)系，其關(guān)系是E .mc2(2)質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損，并不是

11、質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合質(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(guò)程中以能量的形式輻射出去了成核的過(guò)程中以能量的形式輻射出去了.物體質(zhì)量增加，物體質(zhì)量增加，則總能量隨則總能量隨之之 ；質(zhì)量減少，總能量也隨質(zhì)量減少，總能量也隨之之 ，這時(shí)質(zhì)能這時(shí)質(zhì)能u關(guān)系式也寫(xiě)作關(guān)系式也寫(xiě)作E .增加增加減少減少mc22.核能的計(jì)算方法核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)根據(jù)m計(jì)算計(jì)算根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損m.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能關(guān)系式根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能關(guān)系式E 計(jì)算計(jì)算核能核能.其中其中m的單位的單位是是 ，E的單位的單位是是 .mc2千克千克焦耳焦耳

12、(2)利用原子質(zhì)量單位利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算和電子伏特計(jì)算明確原子單位明確原子單位u和能量單位電子伏特之間的關(guān)系和能量單位電子伏特之間的關(guān)系1 u1.660 61027 kg,1 eV1.602 1781019 J由由Emc2得得E eV931.5 MeV根據(jù)根據(jù)1原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于相當(dāng)于931.5 MeV的能量，用的能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即，即E MeV.其中其中m的單位的單位是是 ，E的單位的單位是是 .m931.5uMeV例例2“原子質(zhì)量單位原子質(zhì)量單位”是原子物

13、理中常用的一個(gè)特殊質(zhì)是原子物理中常用的一個(gè)特殊質(zhì)量單位，符號(hào)為量單位，符號(hào)為u.已知碳已知碳12原子的質(zhì)量是原子的質(zhì)量是12.000 000 u，一個(gè)碳一個(gè)碳12原子可以看作是由原子可以看作是由6個(gè)氫原子個(gè)氫原子(每個(gè)氫原子的質(zhì)每個(gè)氫原子的質(zhì)量是量是1.007 825 u)和和6個(gè)中子個(gè)中子(每個(gè)中子的質(zhì)量是每個(gè)中子的質(zhì)量是1.008 665 u)組成，求碳組成，求碳12原子核的結(jié)合能原子核的結(jié)合能.解析解析在計(jì)算碳核的質(zhì)量虧損時(shí)，因?yàn)榕c電子的質(zhì)量在計(jì)算碳核的質(zhì)量虧損時(shí)，因?yàn)榕c電子的質(zhì)量有關(guān)的部分在相減過(guò)程中能消去，所以可以用碳原子有關(guān)的部分在相減過(guò)程中能消去，所以可以用碳原子的質(zhì)量代替碳原子

14、核的質(zhì)量，用氫原子的質(zhì)量代替質(zhì)的質(zhì)量代替碳原子核的質(zhì)量，用氫原子的質(zhì)量代替質(zhì)子的質(zhì)量子的質(zhì)量.中子的總質(zhì)量：中子的總質(zhì)量：6mn61.008 665 u6.051 990 u氫原子的總質(zhì)量：氫原子的總質(zhì)量：6mH61.007 825 u6.046 950 u中子和氫原子的質(zhì)量和：中子和氫原子的質(zhì)量和：6mn6mH12.098 940 u碳碳12原子的質(zhì)量：原子的質(zhì)量：mC12.000 000 u質(zhì)量虧損：質(zhì)量虧損：m0.098 940 u碳碳12核的結(jié)合能核的結(jié)合能Emc20.098 940931.5 MeV92.2 MeV.答案答案92.2 MeV返回返回課堂要點(diǎn)小結(jié)返回返回自我檢測(cè)區(qū)123

15、412341.對(duì)結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是對(duì)結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A.一切原子核均具有結(jié)合能一切原子核均具有結(jié)合能B.自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量C.結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定D.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定1234解析解析氫原子核只有一個(gè)質(zhì)子，無(wú)結(jié)合能，結(jié)合能并氫原子核只有一個(gè)質(zhì)子，無(wú)結(jié)合能，結(jié)合能并不是原子核所具有的能量，故不是原子核所具有的能量，故A錯(cuò)；錯(cuò)；自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，放出能量，故自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，放出能量，故B錯(cuò)；錯(cuò)；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定

16、，故比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，故C錯(cuò)，錯(cuò)，D對(duì)對(duì).答案答案D12342.有一種核反應(yīng)為有一種核反應(yīng)為： H H HX.已知已知 H的質(zhì)量為的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為的質(zhì)量為1.007 3 u，X的質(zhì)量為的質(zhì)量為3.018 0 u.則下列說(shuō)法正確的是則下列說(shuō)法正確的是()A.X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量B.X是氕，該反應(yīng)吸收能量是氕，該反應(yīng)吸收能量C.X是氘，該反應(yīng)釋放能量是氘，該反應(yīng)釋放能量D.X是氚，該反應(yīng)釋放能量是氚，該反應(yīng)釋放能量1234解析解析根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，X應(yīng)應(yīng)為氚；又為氚；又22.013

17、6 u3.018 0 u1.007 3 u，所以核反，所以核反應(yīng)過(guò)程中存在質(zhì)量虧損，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知應(yīng)過(guò)程中存在質(zhì)量虧損，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程可知該反應(yīng)釋放能量該反應(yīng)釋放能量.因此因此D正確正確.答案答案D12343.一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)粒子，已知鈾核粒子，已知鈾核的質(zhì)量為的質(zhì)量為3.853 1311025 kg，釷核的質(zhì)量為，釷核的質(zhì)量為3.786 5671025 kg，粒子的質(zhì)量為粒子的質(zhì)量為6.646 721027 kg.在在這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出的能量等于這個(gè)衰變過(guò)程中釋放出的能量等于_J.(結(jié)果保結(jié)果保留兩位有效數(shù)字留兩位有效數(shù)字)1234解析解析因?yàn)橐驗(yàn)閙mUmThm3.853 1311025 kg3.786 5671025 kg6.646 721027 kg9.71030 kg故故Emc29.71030(3108)2 J8.71013 J答案答案8.7101312344.鐳鐳核核