2013年沪科物理选修3-5课件：第5章5.1

5．1核能来自何方核心要点突破课堂互动讲练课前自主学案知能优化训练5．1课标定位课标定位学习目标：1.知道核力是只存在于相邻核子间的短程力．2．掌握结合能的概念．3．理解爱因斯坦的质能方程．重点难点：原子核的结合能及质能方程．课前自主学案一、强大的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____．核力是一种强相互作用力，在它的作用范围内比_______大的多；核力是种_______，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，核力急剧下降为零；而距离小于0.8×10－15m时，核力为斥力．核力库仑力短程力二、什么叫结合能核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的_______．核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做___________(或是结合能与核子数的比值，又叫比结合能)．平均结合能越大的原子核越稳定．结合能平均结合能三、如何计算结合能组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差叫做核的________．或理解为核反应前与反应后的总质量之差．质量亏损与能量间的关系遵守爱因斯坦质能方程：E＝mc2，核能的计算公式为：________，其中Δm是质量亏损．质量亏损ΔE＝Δmc2如果核反应后质量增加Δm，就意味着____ΔE的能量，如果反应后质量减少Δm，就意味着____ΔE的能量吸收放出思考感悟为什么不用核力做功的多少计算结合能？提示：尽管人们认识到相邻核子间存在核力．但核力存在的规律还不能像库仑力那样准确的表示．所以无法计算核力的功，也就无法用核力做功的多少计算结合能了．核心要点突破一、对核力的认识1．核力的概念组成原子核的核子间的很强的相互作用力，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．2．核力的特点(1)核力是短程力，作用范围在2.0×10－15m之内．核力在大于0.5×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过2.0×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.5×10－15m，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．(2)每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用．(3)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都存在核力作用．(4)从力的分类看，核力是性质力，不是效果力．特别提醒：因为核力是短程的强相互作用力，使原子核拆散为核子时很困难；核子结合为原子核时也是困难的，并伴随着巨大的核能．即时应用(即时突破，小试牛刀)1．关于核力的说法正确的是()A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内D．核力与电荷有关解析：选C.核力是短程力，超过1.5×10－15m，核力急剧下降，几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错．二、结合能1．对结合能的理解原子核的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出巨大的能量．结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为了把核子分开而需要的能量．结合能越大，把核子分开而需要的能量就越多，原子核越稳定．2．核能的计算根据爱因斯坦的质能方程，核反应中释放的核能的计算式为ΔE＝Δmc2，其中Δm为质量亏损，c为光速，ΔE是与亏损质量相对应的能量．特别提醒：核能计算时可用两种单位表示(1)用ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)用ΔE＝Δm×931.5MeV计算，因1u相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．即时应用(即时突破，小试牛刀)2．关于质能方程，下列哪些说法是正确的()A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的解析：选BD.质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以B、D正确．课堂互动讲练对核力与结合能的认识下列说法正确的是()例1A．核力广泛存在于自然界中的核子之间B．核力只发生在相距1.5×10－15m的核子之间，大于0.8×10－15m为吸引力，而小于0.8×10－15m为斥力C．核子结合成原子核时，需吸收能量D．使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值【精讲精析】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m的核子之间存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子之间，由此知A错B对，核子结合成原子核时放出能量，C错．由质能方程知D对．【答案】BD下列说法中，正确的是()对爱因斯坦质能方程的理解例2A．爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是能量，它们之间可以互相转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含能量的量度C．核反应中出现的“质量亏损”是消失的质量转化为能量D．因在核反应中产生能量，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【思路点拨】爱因斯坦质能方程是质能相当关系，不是质量与能量的转化关系．【精讲精析】E＝mc2说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确．核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C项错误．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为动质量，故D错误．【答案】B核能的计算已知氮核质量mN＝14.00735u，氧核质量mO＝17.00454u，氦核质量mHe＝4.00387u，质子质量mH＝1.00815u，试判断核反应：147N＋42He→178O＋11H是吸能反应还是放能反应，能量变化多少？例3【思路点拨】首先比较反应前后的总质量判断是吸能反应还是放能反应，然后再根据质能方程求能量．【自主解答】反应前总质量mN＋mHe＝18.01122u反应后总质量mO＋mH＝18.01269u因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为ΔE＝Δmc2＝[(mO＋mH)－(mN＋mHe)]c2＝(18.01269－18.01122)×931.5MeV＝1.37MeV.【答案】吸能1.37MeV【方法总结】核反应中是释放能量还是吸收能量取决于质量亏损是减小还是增加．变式训练一个锂核(73Li)受到一个质子轰击，变成两个α粒子，这一过程的核反应方程是____________．已知一个氢原子质量为1.6736×10－27kg，一个锂原子的质量是11.6505×10－27kg，一个氦原子的质量是6.6466×10－27kg，上述反应所释放的能量为________J.解析：先计算质量亏损：Δm＝11.6505×10－27kg＋1.6736×10－27kg－2×6.6466×10－27kg＝3.09×10－29kg.由质能方程：ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2J＝2.78×10－12J.答案：73Li＋11H→242He2.78×10－12