高二物理人教版選修35核力與結(jié)合能

1、.核力與結(jié)合能重/難點(diǎn)重點(diǎn)：結(jié)合能的概念、質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解。難點(diǎn)：愛因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關(guān)系。重/難點(diǎn)分析重點(diǎn)分析：要把原子核分開成核子要吸收能量，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能。原子核越大，它的結(jié)合能越高,因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(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)合得越結(jié)實(shí),原子核越穩(wěn)定。難點(diǎn)分析：，質(zhì)量不是能量、能量也不是質(zhì)量，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化能量，能量也不能轉(zhuǎn)化質(zhì)量，質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。打破策略1核力與四種根本互相作用板書點(diǎn)撥：20世紀(jì)初人們只知道自然界存在著兩種力：一

2、種是萬有引力，另一種是電磁力庫侖力是一種電磁力。在一樣的間隔 上，這兩種力的強(qiáng)度差異很大。電磁力大約要比萬有引力強(qiáng)倍?；谶@兩種力的性質(zhì)，原子核中的質(zhì)子要靠自身的引力來抗衡互相間的庫侖斥力是不可能的。核物理學(xué)家猜測(cè)，原子核里的核子間有第三種互相作用存在，即存在著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核,后來的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了科學(xué)家的猜測(cè). 問：那么核力有怎樣特點(diǎn)呢?學(xué)生：閱讀教材核力的特點(diǎn)部分，討論、總結(jié)并答復(fù)核力特點(diǎn)：1核力是強(qiáng)互相作用強(qiáng)力的一種表現(xiàn)。2核力是短程力，作用范圍在之內(nèi)。3核力存在于核子之間，每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。老師總結(jié)：除核力

3、外，核物理學(xué)家還在原子核內(nèi)發(fā)現(xiàn)了自然界的第四種互相作用弱互相作用弱力，弱互相作用是引起原子核衰變的原因，即引起中子轉(zhuǎn)變質(zhì)子的原因。弱互相作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為m，作用強(qiáng)度那么比電磁力小。點(diǎn)評(píng)：通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)才能，同時(shí)通過討論激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。老師講述：四種根本互相作用力弱力、強(qiáng)力、電磁力、引力和分別在不同的尺度上發(fā)揮作用：弱力弱互相作用：弱互相作用是引起原子核衰變的原因短程力強(qiáng)力強(qiáng)互相作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起短程力電磁力：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。長程力引力：引力主要在宏觀和宇觀尺度上

4、“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)絡(luò)著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀。長程力 學(xué)生：閱讀課本的閱讀內(nèi)容總結(jié)自然界的四種根本互相作用力及它們的作用范圍。2原子核中質(zhì)子與中子的比例老師：隨著原子序數(shù)的增加，穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材原子核中質(zhì)子與中子的比例部分及掛圖，考慮兩個(gè)問題：隨著原子序數(shù)的增加，穩(wěn)定原子核中的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有怎樣的關(guān)系？學(xué)生答復(fù)：隨著原子序數(shù)的增加，較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)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。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材考慮為什么隨著原子序數(shù)的增加，穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)?點(diǎn)評(píng)：提示學(xué)生從電磁力和核力的

5、作用范圍去考慮?？偨Y(jié)：假設(shè)質(zhì)子與中子成對(duì)地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的間隔 增大，核力和電磁力都會(huì)減小，但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力缺乏以平衡它們之間的庫侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了；假設(shè)只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有互相吸引的核力，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。由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，假設(shè)再增大原子核，一些核子間的間隔 會(huì)大到其間恨本沒有核力的作用，這時(shí)候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。因此只有200多種穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。3結(jié)合能由于核子間存在著強(qiáng)大的核

6、力，原子核是一個(gè)鞏固的集合體。要把原子核拆散成核子，需要抑制核力做宏大的功，,或者需要宏大的能量。例如用強(qiáng)大的光子照射氘核，可以使它分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。 從實(shí)驗(yàn)知道只有當(dāng)光子能量等于或大于2.22MeV時(shí)，這個(gè)反響才會(huì)發(fā)生。相反的過程一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，要放出2.22MeV的能量。這說明要把原子核分開成核子要吸收能量，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能。原子核越大，它的結(jié)合能越高,因此有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做比結(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)合得越結(jié)實(shí),原子核越穩(wěn)定。點(diǎn)撥：那么如何求原子核的結(jié)合能呢?愛因斯坦從相對(duì)論得出

7、了物體能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，指出了求原子核的結(jié)合能的方法。4質(zhì)量虧損1質(zhì)量虧損講述：科學(xué)家研究證明在核反響中原子核的總質(zhì)量并不相等，例如準(zhǔn)確計(jì)算說明：氘核的質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，質(zhì)量虧損只有在核反響中才能明顯的表現(xiàn)出來。讓學(xué)生回憶質(zhì)量、能量的定義、單位，向?qū)W生指出質(zhì)量不是能量、能量也不是質(zhì)量，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化能量，能量也不能轉(zhuǎn)化質(zhì)量，質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。點(diǎn)評(píng)：質(zhì)量虧損與質(zhì)量與能量的關(guān)系是本節(jié)的難點(diǎn)。學(xué)生很容易從字面上得出錯(cuò)誤結(jié)論：質(zhì)量就是能量、能量就是質(zhì)量，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化能量, 能量可以轉(zhuǎn)化質(zhì)量。在核反響中不遵守質(zhì)量守恒定律、

8、能量守恒定律;2愛因斯坦質(zhì)能方程：講述：相對(duì)論指出，物體的能量E和質(zhì)量m之間存在著親密的關(guān)系，即式中， c為真空中的光速。愛因斯坦質(zhì)能方程說明：物體所具有的能量跟它的質(zhì)量成正比。由于這個(gè)數(shù)值非常宏大，因此物體的能量是非?？捎^的。 3核反響中由于質(zhì)量虧損而釋放的能量：講述：物體貯藏著宏大的能量是不容置疑的，但是如何使這樣宏大的能量釋放出來？從愛因斯坦質(zhì)能方程同樣可以得出，物體的能量變化與物體的質(zhì)量變化的關(guān)系：。單個(gè)的質(zhì)子、中子的質(zhì)量已經(jīng)準(zhǔn)確測(cè)定。用質(zhì)譜儀或其他儀器測(cè)定某種原子核的質(zhì)量，與同等數(shù)量的質(zhì)子、中子的質(zhì)量之和相比較，看一看兩條途徑得到的質(zhì)量之差，就能推知原子核的結(jié)合能。點(diǎn)評(píng)：向?qū)W生指出以

9、下幾點(diǎn)：物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損指的是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量有關(guān)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚皇庆o止質(zhì)量的減少。在核反響中仍然遵守質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律;質(zhì)量只是物體具有能量多少及能量轉(zhuǎn)變多少的一種量度。 例1.對(duì)核子結(jié)合成原子核的以下說法正確的選項(xiàng)是A.原子核內(nèi)的核子間均存在核力B.原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力C.當(dāng)n個(gè)核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合成原子核時(shí),其間“勢(shì)能一定減小D.對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核,其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用解析:由于核力為短程力,只會(huì)發(fā)生在相鄰核子之間,由此知A、B錯(cuò)誤;當(dāng)

10、n個(gè)核子靠近到核力作用范圍內(nèi),而間隔 大于m時(shí),核力表現(xiàn)為引力,在此過程核力必做正功,其間勢(shì)能必定減小,形成原子核后間隔 一般不小于 m,故C正確;對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核,由于只有相鄰的質(zhì)子間才有核力,但各個(gè)質(zhì)子間均有很強(qiáng)的庫侖斥力,隨著質(zhì)子數(shù)的增加,其庫侖斥力增加,對(duì)于穩(wěn)定的原子核,必須存在較多的中子才能維系二者的平衡,故D正確。例2. 以下說法中正確的選項(xiàng)是A.愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量,它們之間可以互相轉(zhuǎn)化B.由可知,能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系C.核反響中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量D.因在核反響中能產(chǎn)生能量,且有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化,所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒,系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒解析: 說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)絡(luò),即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系,并不是說明了能量和質(zhì)量之間存在互相轉(zhuǎn)化的關(guān)系,A錯(cuò)誤,B正確。核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失,實(shí)際上是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量,并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量,C錯(cuò)誤。在核反響中,質(zhì)量守恒,能量也守恒,在核反響前后只是能量的存在方式不同,總