全優(yōu)課堂·物理·選擇性必修第三冊(人教版) 課件 第5章　3 核力與結(jié)合能

第五章原子核3核力與結(jié)合能

1.知道核力的概念與特點(diǎn)(重點(diǎn)).2.理解結(jié)合能與平均結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損(重點(diǎn)).3.知道愛因斯坦質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系，能進(jìn)行基本的核能計(jì)算(重難點(diǎn)).課前·

自主預(yù)習(xí)1．核力原子核內(nèi)________之間的相互作用力．2．核力的特點(diǎn)(1)核力是____________的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多．(2)核力是短程力，作用范圍在__________m之內(nèi)．(3)核力的飽和性：每個(gè)核子只跟_____________發(fā)生核力作用．核力與四種基本相互作用核子強(qiáng)相互作用1.5×10-15相鄰的核子3．四種基本相互作用1．結(jié)合能原子核是________憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要________，這就是原子核的結(jié)合能．2．比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與________之比，稱作比結(jié)合能，也叫______結(jié)合能．比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越_____________，__________的原子核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定．結(jié)合能和質(zhì)量虧損核子能量核子數(shù)平均牢固、穩(wěn)定中等大小3．質(zhì)能方程物體的能量與它們質(zhì)量的關(guān)系是E＝_____．4．質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量______組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象．mc2小于課堂·

重難探究1．四種基本相互作用在不同尺度上發(fā)揮作用(1)引力相互作用，萬有引力主要在宏觀尺度上發(fā)揮主導(dǎo)作用．萬有引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀．萬有引力是長程力．(2)電磁相互作用：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．探究核力與四種基本相互作用(3)強(qiáng)力：即強(qiáng)相互作用，在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起，強(qiáng)力是短程力．(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為10-18m，作用強(qiáng)度則比電磁力?。?．核力的性質(zhì)(1)核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)．(2)核力是短程力.約在10-15m數(shù)量級時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力，距離小于0.8×10-15m時(shí)為斥力，距離為10×10-15m時(shí)核力幾乎消失．(3)核力具有飽和性．核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用．(4)核力具有電荷無關(guān)性．例1下列對核力的認(rèn)識正確的是 (

)A．任何物體之間均存在核力B．核力廣泛存在于自然界中的核子之間C．核力只存在于質(zhì)子之間D．核力只發(fā)生在相距1.5×10-15m內(nèi)的核子之間，大于0.8×10-15m為吸引力，而小于0.8×10-15m為斥力【答案】D【解析】由核力的特點(diǎn)知道，只有相距1.5×10-15m內(nèi)的核子之間才存在核力，核力發(fā)生在質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子及中子與中子之間，D正確，A、B、C錯(cuò)誤．變式1下列說法正確的是

(

)A．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核要釋放核能B．重核發(fā)生裂變時(shí)需要吸收能量C．核力是核子間的萬有引力和庫侖力的合力D．中子與中子之間的核力一定大于中子與質(zhì)子間的核力【答案】A【解析】比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核時(shí)，總結(jié)合能增加，因此要釋放核能，A正確；重核裂變時(shí)有質(zhì)量虧損，釋放能量，B錯(cuò)誤；核力是核子間的強(qiáng)相互作用力，C錯(cuò)誤；核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，由于距離未知，則中子與中子之間的核力不一定大于中子與質(zhì)子間的核力，D錯(cuò)誤．1．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，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定．(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定．探究結(jié)合能和質(zhì)量虧損(3)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．2．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E＝mc2.(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(shí)質(zhì)能方程也寫為ΔE＝Δmc2.3．核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算．①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.②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能．其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．(2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算．根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV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931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.對結(jié)合能和比結(jié)合能的理解例2

(多選)對結(jié)合能、比結(jié)合能的認(rèn)識，下列正確的是 (

)A．核子結(jié)合為原子核時(shí)，一定釋放能量B．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D．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定【答案】AD【解析】由自由核子結(jié)合為原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量．反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗?，它需要吸收相?yīng)的能量，該能量即為結(jié)合能，故A正確，B錯(cuò)誤；核子越多的原子核的結(jié)合能越大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故C錯(cuò)誤，D正確．【答案】C對質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的理解例3下列說法中，正確的是

(

)A．愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B．由E＝mc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏的能量的量度C．核反應(yīng)中發(fā)生的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰緿．因?yàn)樵诤朔磻?yīng)中能產(chǎn)生能量，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【答案】B【解析】E＝mc2說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，但并不說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(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；在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動(dòng)質(zhì)量，D錯(cuò)誤．【答案】D核能的計(jì)算【答案】D變式5

(2024年湖北聯(lián)考)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的是

(

)【答案】B小練·

隨堂鞏固1．科學(xué)研究表明，自然界存在四種基本相互作用．我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實(shí)質(zhì)上屬于 (

)A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用【答案】B【解析】分子力作用范圍約在10-10m數(shù)量級上，強(qiáng)相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在10-15m和10-18m之內(nèi)，在這個(gè)距離上分子力不存在．在分子力作用范圍內(nèi)引力相互作用和電磁相互作用都存在，但由于電磁力遠(yuǎn)大于萬有引力，引力相互作用可以忽略不計(jì)，因此分子力本質(zhì)上屬于電磁相互作用．2．下列關(guān)于核力、原子核的結(jié)合能、比結(jié)合能的說法正確的是

(

)A．維系原子核穩(wěn)定的力是核力，核力就是表現(xiàn)為相鄰核子間的相互吸引力B．核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力小C．比結(jié)合能小的原子核分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)會釋放核能D．自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能【答案】C【解析】維系原子核穩(wěn)定的力是核力，核力可以表現(xiàn)為相鄰核子間的相互吸引力，又可以表現(xiàn)為排斥力，A錯(cuò)誤；核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，原子核尺度內(nèi)，核力遠(yuǎn)比庫侖力大，B錯(cuò)誤；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合或分解成比結(jié)合能大的原子核時(shí)釋放核能，故C正確；根據(jù)質(zhì)能方程可知，自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，故D錯(cuò)誤．【答案】B【答案】A【解析】釷核中的中子數(shù)為232－90＝142，A正確；釷核經(jīng)過4次β衰變后原子核內(nèi)四個(gè)中子轉(zhuǎn)化成了質(zhì)子，轉(zhuǎn)化成钚，而不是鈾，故B錯(cuò)誤；釷核衰變后，釋放核能，核子的比結(jié)合能增加，C錯(cuò)誤；釷核的半衰期由原子核內(nèi)部性質(zhì)決定，與釷核的數(shù)量無關(guān)，D錯(cuò)誤．【答案】A【解析】據(jù)核反應(yīng)中核電荷數(shù)與