2014-2015學(xué)年魯科版選修3-5 核力與核能 課件(25張).ppt

1、,高中物理選修3-5魯科版,第4章核能 第1節(jié)核力與核能,目標(biāo)定位1.知道核力的概念、特點(diǎn).2.知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減小.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,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， 把核子 緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核 2核力特點(diǎn)：(1)核力是 的一種表現(xiàn) (2)核力是 ，作用范圍在 左右,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),核子,核力,強(qiáng)相互作用,短程力,2fm,3核素：具有相同 和 的原子核 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)，每一種核素用一小方塊表示，所得到

2、的圖象 5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),預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),質(zhì)子數(shù),中子數(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：克服核力束縛，使原子核分解為單個(gè)核子時(shí) 的 能量，或自由核子在核力作用下結(jié)合成原子核時(shí) 的 能量 2平均結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與 之比平均結(jié)合 能越大，表示原子核中核子結(jié)合的越 ，原子核 越 ， 的核的平均結(jié)合能最大、也最穩(wěn)定,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),吸收,放出,核子數(shù),牢固,穩(wěn)定,中等質(zhì)量,3質(zhì)量虧損 (1)愛因斯坦質(zhì)能方程 . (2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量 組成

3、它的所有核子的質(zhì) 量之和，它們的差值稱為質(zhì)量虧損 (3)虧損的質(zhì)量與釋放的能量間的關(guān)系： .,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),Emc2,小于,Emc2,想一想有人認(rèn)為質(zhì)量虧損就是核子的個(gè)數(shù)變少了，這種認(rèn)識(shí)對(duì)不對(duì)？ 答案不對(duì)，在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒即核子的個(gè)數(shù)不變，只是核子組成原子核時(shí)，仿佛變“輕”了一些，原子核的質(zhì)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(gè)數(shù)并沒有變化,預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué),一、對(duì)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(diǎn)：核力是只在鄰近的核子之間發(fā)生的一種強(qiáng)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(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,

4、課堂講義,課堂講義,3形成原因 (1)若質(zhì)子與中子成對(duì)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(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了 (2)若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥力，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(huì)大于核力的作用范圍，這時(shí)候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的,課堂講義,【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

5、中子數(shù)多 C原子核都是非常穩(wěn)定的 D對(duì)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,課堂講義,答案D 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(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 越多因此正確答案選D.,課堂講義,課堂講義,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(shí)會(huì)釋放核能，反之，需要吸收能量 3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

6、子核較穩(wěn)定,課堂講義,【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,課堂講義,答案D 解析核子結(jié)合成原子核會(huì)放出能量，原子核拆解成核子需要吸收能量，A選項(xiàng)錯(cuò)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)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核

7、的平均結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)正確,課堂講義,借題發(fā)揮結(jié)合能、平均結(jié)合能的對(duì)比理解 (1)核子結(jié)合成原子核時(shí)一定釋放能量，原子核分開成核子時(shí)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,課堂講義,針對(duì)訓(xùn)練一個(gè)中子與某原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成一個(gè)氘核，其核反應(yīng)方程式為_該反應(yīng)放出的能量為Q，則氘核的平均結(jié)合能為_,課堂講義,三、質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算 1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：

8、愛因斯坦的相對(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)能方程也寫作Emc2.,課堂講義,2核能的計(jì)算方法 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(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m. 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2計(jì)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(jì)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(shí)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.,課堂講義,答案B,課堂講義,課堂講義,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)量虧損的含義和與能量的關(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,課堂講義,答案吸收能量1.2 MeV,課堂講義,解析反應(yīng)前總質(zhì)量：MNMHe18.011 40 u， 反應(yīng)后總