人教版高中物理選擇性必修三 第5章第3節(jié)核力與結(jié)合能教學(xué)設(shè)計(jì)

1、5.3核力與結(jié)合能教學(xué)設(shè)計(jì)課題 核力與結(jié)合能單元5學(xué)科物理年級高二學(xué)習(xí)目標(biāo)物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點(diǎn)，了解結(jié)合能、比結(jié)合能和質(zhì)量虧損的基本觀念和相關(guān)實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)思維：理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算，提高分析、解決問題的能力?？茖W(xué)探究：通過教材上的科學(xué)推理，掌握其實(shí)質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)推理的能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，堅(jiān)持實(shí)事求是，培養(yǎng)學(xué)習(xí)、探索科學(xué)的興趣和責(zé)任。重點(diǎn)理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算，提高分析、解決問題的能力。難點(diǎn)理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算，提高分析、解決

2、問題的能力。教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課原子核的組成原子核是由質(zhì)子和中子組成的，質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)=核子數(shù) 核子靠什么力結(jié)合成原子核？原子核的半徑約為10-15m , 只相當(dāng)原子半徑的萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質(zhì)子與質(zhì)子間的庫侖斥力是很大，萬有引力太小，只有庫侖力的10-36。而通常原子核是穩(wěn)定的，于是核內(nèi)還應(yīng)有另一種力把各種核子緊緊拉在一起，此力稱為核力?；仡櫾雍说慕M成，思考核子為什么能結(jié)合成原子核。 由舊知識引發(fā)學(xué)生思考，引出新知識。同時(shí)讓學(xué)生明白新舊知識的關(guān)聯(lián)。講授新課一、核力1、核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)

3、大的力叫做核力思考：核力具有怎樣的特點(diǎn)呢？ 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)。核力是短程力。約在 10-15m量級時(shí)起作用，距離大于0.810-15m時(shí)為引力, 距離為1010-15m時(shí)核力幾乎消失，距離小于0.810-15m時(shí)為斥力。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。核力具有電荷無關(guān)性。對給定的相對運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，核力與核子電荷無關(guān)。要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子的組成物夸克的相互作用。2、四種相互作用(1)引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是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

4、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。(3)強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi),強(qiáng)相互作用將核子束縛在一起,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,作用強(qiáng)度則比電磁力小。課堂練習(xí)1、 (多選)下列說法正確的是()A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發(fā)生B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子緊緊束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定的原子核,但又不會(huì)融合在一起C.質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子之間都可能有核力D.核力是一種弱相互作

5、用力,在其作用范圍內(nèi),核力比庫侖力大得多解析：核力作用的范圍在10-15 m區(qū)域內(nèi),只在鄰近核子間發(fā)生,是短程力,A正確;核力可能表現(xiàn)為引力,也可能表現(xiàn)為斥力,B正確;核力是核子之間的強(qiáng)相互作用力,C正確;核力是一種強(qiáng)相互作用力,D錯(cuò)誤。答案：ABC二、結(jié)合能思考討論：如圖氦原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量。反過來，4個(gè)核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。思考：那么，把核子分開需要的能量與核子結(jié)合放出的能量有什么關(guān)系?由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化 可見，當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定能量；原子

6、核分解成核子時(shí)，要吸收同樣的能量這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能思考：結(jié)合能是原子核具有的能量嗎？結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做為比結(jié)合能。也叫平均結(jié)合能。比結(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。1.比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的圖線如圖所示。從圖中可看出,中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大,輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小。2.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

7、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。(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。課堂練習(xí)2、下列關(guān)于結(jié)合能和比結(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.比結(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)合能和比結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大解析

8、：核子結(jié)合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,但比結(jié)合能越大的原子核,其結(jié)合能不一定大,例如中等質(zhì)量原子核的比結(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)量原子核的比結(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。答案：D三、質(zhì)量虧損1、質(zhì)量虧損：原子分解為核子時(shí)，質(zhì)量增加；核子結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量減少。原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子的質(zhì)量之和，叫做質(zhì)量虧損。核子在結(jié)合成原子核時(shí)出現(xiàn)的質(zhì)量虧損m，正表明它們在互相結(jié)合過程中放出了能量 E=mc2愛因斯坦質(zhì)能方程 E=

9、mc2式中c是真空中的光速，m是物體的質(zhì)量，E是物體的能量。例題：已知中子的質(zhì)量mn為1.6749x10-27 kg,質(zhì)子的質(zhì)量mp為1.6726 x10-27 kg,氘核的質(zhì)量mD為3.343 6x 10-27 kg，求氘核的比結(jié)合能。解：單個(gè)的質(zhì)子 與中子的質(zhì)量之和為這個(gè)數(shù)值與氘核質(zhì)量之差與這個(gè)質(zhì)量差相對應(yīng)的能量為在核物理中，能量單位常常使用電子伏特(eV),即所以，氘核的結(jié)合能是氘核的比結(jié)合能為2、有關(guān)問題的理解和注意事項(xiàng)第一、 核反應(yīng)過程中:核子結(jié)合成原子核時(shí)，新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損)，同時(shí)以光子形式釋放核能；原子核分解為核子時(shí)，需要吸收一定能量，核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)

10、量。第二、 核反應(yīng)過程中，質(zhì)量虧損時(shí)，核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒)，可理解為組成原子核后，核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些。第三、質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動(dòng)質(zhì)量，因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。第四、公式E=mc2的單位問題國際單位:m用“kg” C用“m/s” E用“J”常用單位: m用“u(原子質(zhì)量單位)” 1u=1.66056610-27kg E用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u 的質(zhì)量變化相當(dāng)于931Me V的能量改變)課堂練習(xí)3、一靜止的氡核 發(fā)生衰變,放出一個(gè)速度為v0,質(zhì)量為m的粒子和一個(gè)質(zhì)量為M的反沖核釙(Po),若氡核發(fā)生衰變時(shí),釋放的能量

11、全部轉(zhuǎn)化為粒子和釙核的動(dòng)能。(1)寫出衰變方程;(2)求出反沖核的速度;(計(jì)算結(jié)果不得使用原子量表示)(3)求出這一衰變過程中虧損的質(zhì)量。(計(jì)算結(jié)果不得使用原子量表示)思考問題，并給出答案。明確核力的特點(diǎn)和四種相互作用的特點(diǎn)。完成課堂練習(xí)。完成思考題。理解結(jié)合能的概念。學(xué)習(xí)結(jié)合能和比結(jié)合能的特點(diǎn)。完成課堂練習(xí)。學(xué)習(xí)質(zhì)量虧損的概念。完成例題。理解質(zhì)量虧損不表示質(zhì)量減少。完成課堂練習(xí)。思考的形式，讓學(xué)生明確核力的特點(diǎn)。通過練習(xí)加強(qiáng)學(xué)生對核力特點(diǎn)、四種相互作用的特點(diǎn)的理解。讓學(xué)生從能量守恒的角度思考問題，培養(yǎng)學(xué)生正確的思考物理問題的方式。學(xué)生完成思考題，通過與同學(xué)之間的討論，讓學(xué)生能正確理解結(jié)合能的

12、概念。結(jié)合能和比結(jié)合能的概念較為抽象，通過闡述比結(jié)合能和原子核穩(wěn)定之間的關(guān)系，讓學(xué)生能更好的理解記憶。展示標(biāo)準(zhǔn)的解題過程，在平時(shí)規(guī)范學(xué)生的解題步驟。通過練習(xí)，鞏固基礎(chǔ)知識。拓展提高1、氦原子核由兩個(gè)質(zhì)子與兩個(gè)中子組成,這兩個(gè)質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力,則三種力從大到小的順序是()A.核力、萬有引力、庫侖力B.萬有引力、庫侖力、核力C.庫侖力、核力、萬有引力D.核力、庫侖力、萬有引力解析：核力是核子之間的一種強(qiáng)相互作用,其相互作用力巨大,遠(yuǎn)超過兩個(gè)質(zhì)子之間的庫侖力,兩質(zhì)子之間的萬有引力遠(yuǎn)小于庫侖力,故選項(xiàng)D正確。答案：D2、太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為41026 J,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A.1036 kgB.1018 kgC.1013 kgD.109 kg解析：由質(zhì)能方程E=mc2,答案：D3、(多選)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中,正確的有()A.核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量B.原子核拆解成核子時(shí)要吸收能量C.比結(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D.重核與中等質(zhì)量原子核相比較,重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大解析：核子結(jié)合成原