高中物理195核力與結(jié)合能學案新人教版選修35

1、課時19.5核力與結(jié)合能1.知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用。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)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損。4.知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。1.核力與四種基本相互作用(1)核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。(2)核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。核力在距離大于0.8×10-15 m時表現(xiàn)為引力，而在距離小于0.8×10-15 m時表現(xiàn)為斥力，因此核子能克服庫侖力束縛，而在核內(nèi)又不至于融合在一起。(3)每個核子只跟鄰近的核

2、子發(fā)生核力的作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。(4)原子核內(nèi)還有弱相互作用，弱相互作用是引起原子核衰變的原因。(5)自然界中有四種基本相互作用，分別是萬有引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用。2.原子核中質(zhì)子與中子的比例(1)中子與其他的核子沒有庫侖力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定。(2)自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等；較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。3.結(jié)合能(1)原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起的，把核子再分開，需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。(2)原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，比結(jié)合能越大，原子核中的核子結(jié)合得越牢固，原

3、子核就越穩(wěn)定。4.質(zhì)量虧損(1)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2。(2)原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損。(3)中等大小的原子核的比結(jié)合能最大，如果使較重的原子核分裂成中等大小的原子核，或者把較小的原子核合并成較大的原子核，核子的比結(jié)合能都會增加，即核子將發(fā)生新的質(zhì)量虧損，釋放新的結(jié)合能。主題1：探究核力情景：核力是組成原子核的作用力，屬于強相互作用的類型。核力是一種很復雜的相互作用，人們通過多年的實驗研究和理論分析，才對它的特性有了比較細致的了解，但仍不完全。閱讀教材中“核力與四種基本相互作用”部分的內(nèi)容，回答下列問題。問題：(1)科學家為什么會猜想原子核內(nèi)核子之間會

4、存在核力？(2)核力有什么特點？(3)自然界中有哪些基本相互作用？主題2：原子核中質(zhì)子與中子的比例情景：閱讀教材“原子核中質(zhì)子與中子的比例”標題下的相關(guān)內(nèi)容，回答下面的問題。問題：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？為什么？主題3：結(jié)合能情景：閱讀教材“結(jié)合能”標題下的相關(guān)內(nèi)容，回答下面的問題。問題：什么是結(jié)合能？它有何意義？主題4：探究質(zhì)量與能量問題：(1)什么是質(zhì)量虧損？質(zhì)量虧損m與能量變化E之間有什么關(guān)系？(2)原子核的比結(jié)合能與原子核的大小有什么關(guān)系？人們因此想到了怎樣的釋放結(jié)合能的方法？1.(考查核力)原子核內(nèi)的核子能穩(wěn)定地結(jié)合在一起，是因為有核力的作用。下列說法中正確的是()

5、A.核力是核子間的庫侖力和萬有引力的合力B.每個核子與核內(nèi)的其他核子之間都存在著核力的作用C.每個核子只跟與它相鄰的核子之間有核力作用D.核力是一種很強的力，是在核子之間存在的、超短距離的作用力2.(考查結(jié)合能)關(guān)于原子的結(jié)合能，下列說法中正確的是()A.使原子核分解為核子時釋放的能量B.核子結(jié)合成核時需要吸收的能量C.核子結(jié)合成核時釋放的能量D.核子結(jié)合成核時釋放的能量等于將核分解為核子時吸收的能量3.(考查核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量)下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是()A.質(zhì)子和中子的質(zhì)量相等，所以質(zhì)量數(shù)都是1B.核反應(yīng)前后，質(zhì)量是守恒的C.核反應(yīng)前后，質(zhì)量數(shù)是守恒的D.所有核反應(yīng)都只會發(fā)生質(zhì)量虧

6、損4.(考查愛因斯坦質(zhì)能方程)太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量的數(shù)量級為()A.1036 kg B.1018 kg C.1013 kg D.109 kg拓展一：核力與四種基本相互作用1.物理學研究表明，自然界存在四種基本相互作用。關(guān)于我們學習過的重力、彈力，下列說法正確的是()A.都屬于萬有引力相互作用B.重力屬于萬有引力相互作用，彈力屬于弱相互作用C.重力屬于強相互作用，彈力屬于弱相互作用D.重力屬于萬有引力相互作用，彈力屬于電磁相互作用拓展二：結(jié)合能2.在一次核反應(yīng)中，U變成X

7、e和Sr時，要釋放出若干中子。U的平均結(jié)合能約為7.6 MeV，Xe的平均結(jié)合能約為8.4 MeV，Sr的平均結(jié)合能約為8.7 MeV，問：(1)把U分解為核子時，要吸收多少能量？(2)使相應(yīng)的核子分別結(jié)合成Xe和Sr時，要釋放出多少能量？(3)在這個核反應(yīng)中是吸收還是放出能量？這個能量大約是多少？拓展三：質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程3.一靜止的質(zhì)量為M的氡核(Rn)發(fā)生衰變，放出一個速度為v0、質(zhì)量為m的粒子和一個反沖核釙(Po)。假設(shè)氡核發(fā)生衰變時，釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為粒子和釙核的動能。(1)寫出衰變方程。(2)求出衰變過程中的質(zhì)量虧損(虧損的質(zhì)量在與粒子質(zhì)量相比時可忽略不計)。參考答案知識體系梳理

8、強相互作用大得多1.5×10-15引斥鄰近衰變?nèi)f有引力電磁力庫侖核相等大于結(jié)合核子數(shù)牢固穩(wěn)定mc2小于增加質(zhì)量虧損重點難點探究主題1：(1)人們想到原子核內(nèi)核子之間有萬有引力和電磁力，但電磁力比萬有引力大得多，不可能抗衡質(zhì)子之間的庫侖斥力，那么又是什么力維持原子核的穩(wěn)定呢？因此科學家猜想，核子間有核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，維持了原子核的穩(wěn)定。(2)核力有三個特征：第一，核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核范圍內(nèi)，核力遠大于庫侖力；第二，核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15 m之內(nèi)；第三，核力具有飽和性，每個核子只與相鄰的核子發(fā)生核力作用。(3)自然界中有四種基本相互

9、作用，分別是萬有引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用。主題2：較輕的原子核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。質(zhì)子與中子成對地構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。若只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，因此穩(wěn)定的重原子核中中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。由于核力的作用范圍是有限的，再加上核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的

10、作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。主題3：由于核子間存在著強大的核力，原子核是一個堅固的集合體。要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者說需要巨大的能量。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，這個能量叫作原子核的結(jié)合能。但原子核中核子數(shù)不同，核子多的核，結(jié)合能大。結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大意味著分開核子平均需要提供的能量越多，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。主題4：(1)原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損。根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2可知E=mc2。(2)中等大小的原子核

11、的比結(jié)合能最大，隨著原子核增大或減小，其比結(jié)合能都減小。人們因此想到，如果使較大的原子核分裂為中等的原子核，或把較小的原子核合并成較大的原子核，都會使其比結(jié)合能增大，即發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放新的結(jié)合能?；A(chǔ)智能檢測1.CD2.CD3.CD4.D全新視角拓展1.D【解析】重力是由于物體受地球吸引而產(chǎn)生的，屬于萬有引力相互作用。彈力和摩擦力從其產(chǎn)生機理上說是物質(zhì)內(nèi)部原子的吸引和排斥，屬于電磁相互作用，所以D正確。2.(1)1786 MeV(2)1142.4 MeV783 MeV(3) 放出能量139.4 MeV【解析】(1)把U分解為核子時要吸收的能量為E1=235×7.6 MeV=1786 MeV。(2)核子結(jié)合成Xe釋放出的能量為E2=136×8.4 MeV=1142.4MeV核子結(jié)合成Sr釋放出的能量為E3=90×8.7 MeV=783 MeV。(3)在這個核反應(yīng)中放出的能量為E&