2014-2015学年高中物理 19.5核力与结合能课件 新人教版选修3-5

5核力与结合能课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导学习目标1.能说出四种基本相互作用,记住核力的性质。2.认识原子核的结合能及质量亏损,能用质能方程进行有关的计算。3.能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。重点难点重点:结合能和比结合能。难点:结合能的计算。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导一、核力与四种基本相互作用1.什么是核力组成原子核的核子之间有很强的相互作用力,使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起,这种力称为核力。2.核力是短程力核力是一种强相互作用力,在它的作用范围内比库仑力大得多;核力是一种短程力,作用范围仅局限于1.5×10-15m,在大于0.8×10-15m时表现为引力,超过1.5×10-15m时,核力急剧下降为零;而距离小于0.8×10-15m时,核力为斥力。3.核力的饱和性每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导预习交流1如何解释质子和中子的比例?答案:原子核越大,有些核子间的距离越来越远,随着距离的增加,核力与电磁力都会减小,但核力减小得更快。所以,原子核大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定了。这时,如果不再成对地增加质子和中子,而只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维持原子核的稳定。由于这个原因,稳定的重原子核里,中子数要比质子数多。由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,如果我们继续增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用,这时即使再增加中子,形成的核也一定是不稳定的。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导二、原子核中质子与中子的比例1.轻原子核自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致相等。2.重原子核对于较重的原子核,中子数大于质子数,越重的元素,两者相差就越大。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导三、结合能1.结合能把原子核分解为独立的核子,需要克服强大的核力做功,因此需要吸收的能量;或核力把核子结合在一起放出的能量,称为原子核的结合能。2.比结合能结合能与核子数之比称为比结合能。比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导四、质量亏损1.质量亏损核反应前与反应后的总质量之差称为质量亏损。2.爱因斯坦质能方程E=mc2。3.核能的计算ΔE=Δmc2,其中Δm是质量亏损。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU目标导航预习引导预习交流2有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种认识对不对?答案:不对。在核反应中质量数守恒即核子的个数不变,只是核子组成原子核时,仿佛变“轻”了一些,原子核的质量总是小于其全部核子质量之和,即发生了质量亏损,核子的个数并没有变化。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测一、核力与四种相互作用活动与探究1.目前物理学家提出自然界中有哪四种相互作用?这四种相互作用在作用距离上有什么不同?答案:四种基本相互作用课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测2.在宇宙演化的进程中,各种粒子有机会进行各种组合,但为什么自然界中只有200多种原子核存在?答案:当原子核内核子较多时,核子间的距离越来越远,随着距离的增大,核力与电磁力都会减小,但核力减小得更快。所以,原子核大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定了。这时,如果不再成对地增加质子和中子,而只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定。由于这个原因,稳定的重原子核里,中子数要比质子数多。由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,如果我们继续增大原子核,一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用,这时即使再增加中子,形成的核也一定是不稳定的。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例1下列说法中正确的是()A.原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B.对质子数较多的原子核,其中的中子起到维系原子核稳定的作用C.重核比中等质量的核更稳定D.两个质子之间不管距离如何,核力总大于库仑力解析:只有相邻质子间才存在核力,选项A、D错误;中子与其他核子间没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,起到维系原子核稳定的作用,选项B正确;中等质量大小的核最稳定,选项C错误。答案:B课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练1科学研究表明,自然界存在四种基本相互作用。我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力,那么分子力实质上属于()A.引力相互作用B.电磁相互作用C.强相互作用和弱相互作用的共同作用D.四种基本相互作用的共同作用答案:B解析:分子力作用范围约在10-10m数量级上,强相互作用和弱相互作用都是短程力,作用范围在10-15m和10-18m之内,在这个距离上分子力不存在。在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在,但由于电磁力远大于万有引力,引力相互作用可以忽略不计,因此分子力本质上属于电磁相互作用。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测1.核力是强相互作用,在其作用范围内比库仑力大,但其作用距离很小,属短程力,而且每个核子只跟相邻核子发生核力作用。2.物理学家正在致力于将四种相互作用纳入某种统一的理论中,但尚未成功。1967年,温伯格和萨拉姆在格拉肖电弱统一模型的基础上提出了电弱统一的完善理论。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测二、质量亏损与核能的计算活动与探究1.由比结合能曲线观察原子核质量数与比结合能的关系,比较原子核的稳定性,找出自然界中核子的比结合能有什么特点?答案:重核的比结合能比中等质量核的比结合能要小,容易裂变成中等质量的核而放出能量;轻核的比结合能比稍重的核的比结合能要小,如果它们聚集成较重的核,也要释放能量。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测2.从比结合能曲线你能获得怎样的信息?比结合能曲线课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:根据结合能的意义来读图,原子核越大,它的结合能越高,因此,有意义的是它的结合能与核子数之比,称作比结合能。比结合能越大,核子结合得越牢固,原子核越稳定。从图中可以看出,铁原子核的比结合能最大,也就是核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时,每个核子平均放出的能量大,因此可知两个比铁轻的原子核结合时,或比铁重的重核分裂时,都要放出能量。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移与应用例2镭核88226Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核86222Rn。已知镭核226质量为226.0254u,氡核222质量为222.0163u,放出粒子质量为4.0026u(1u相当于931.5MeV)。(1)写出核反应方程;(2)求镭核衰变放出的能量。解析:(1)核反应(衰变)方程为88226Ra→86222Rn+24He。(2)镭核衰变放出的能量为ΔE=Δmc2=(226.0254-4.0026-222.0163)×931.5MeV=6.05MeV。答案:(1)88226Ra→86222Rn+24He(2)6.05MeV课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测迁移训练2下列说法中,正确的是()A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化B.由E=mc2可知,能量与质量之间存在着正比关系,可以用物体质量作为它所蕴藏的能量的量度C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D.因为在核反应中能产生能量,有质量的转化,所以系统只有质量数守恒,系统的总能量和总质量并不守恒课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测答案:B解析:E=mc2说明能量和质量之间存在着联系,即能量与质量之间存在着正比关系,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A错误,B正确;核反应中的“质量亏损”并不是质量消失,实际上是由静止的质量变成运动的质量,并不是质量转变成能量,故C错误;在核反应中,质量守恒,能量也守恒,在核反应前后只是能量的存在方式不同,总能量不变,在核反应前后只是物质由静质量变成动质量,故D错误。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测1.质能方程说明一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说,一定质量的物体所具有的总能量是一定的,等于光速的二次方与其质量之积,这里所说的总能量,不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量,而是物体所具有的各种能量的总和。2.质量亏损的理解所谓质量亏损,并不是质量消失,减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加,总能量也要增加,增加的能量要由外部供给。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测3.核能的计算(1)根据爱因斯坦质能方程,用核子结合成原子核的质量亏损Δm来计算:ΔE=Δmc2。其中Δm的单位是kg,c=3.0×108m/s,ΔE的单位是J。(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5MeV。然后由ΔE=Δmc2计算,其中Δm单位是“原子质量单位u”,1u×c2=931.5MeV,最后ΔE单位是MeV。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测123451.下列说法正确的是()A.自由核子结合成原子核时,一定遵循质量守恒B.在发生核反应时,反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量C.发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应是放能反应D.发生核反应时,反应前的总质量大于反应后的总质量,这个反应必须吸收能量才能发生核反应答案:C解析:核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒,其中质量数守恒并不是质量守恒。核反应过程中往往伴随着质量亏损,并有能量变化。若反应后质量减小,则释放出能量,反之则吸收能量,所以选项C正确。课前预习导学KEQIANYUXIDAOXUE课堂合作探究KETANGHEZUOTANJIU问题导学当堂检测123452.关于原子核中质子和中子的说法,正确的是()A.原子核中质子数和中子数一定相等B.稳定的重原子核里,质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的D.由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,如果继续增大原子核,形成的核也一定是不稳定的答案:D解析:自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致相等,但对于较重的原子核,中子数大于质子数,越重的元素两者相差越多,稳定的重原子核里,中子数要比质子数多