新教材同步系列2024春高中物理第五章原子與原子核第三節(jié)核力與核反應(yīng)方程課件粵教版選擇性必修第三冊

第五章原子與原子核第三節(jié)核力與核反應(yīng)方程學習目標1．掌握原子核的組成，知道核子與質(zhì)子、中子關(guān)系(重點)2．掌握質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)和核子數(shù)間的關(guān)系(重點)3．知道核力及四種基本相互作用的概念和特點(重點)4．理解結(jié)合能和比結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損(重點)5．知道愛因斯坦質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系，能進行基本的核能計算(重難點)學法與考法學法：①通過對原子核組成的認識，培養(yǎng)自學和歸納能力；②通過掌握質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)和核子數(shù)間的關(guān)系，樹立辯證唯物主義的科學觀和世界觀；③通過學習四種基本相互作用及其特點，初步了解相互作用統(tǒng)一的思想和在物理學發(fā)展中探索的作用；④通過結(jié)合能和比結(jié)合能的學習，理解核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損；⑤通過愛因斯坦質(zhì)能方程的學習，增強理解能力、推理能力及數(shù)學計算能力考法：①考查對原子核組成的認識及質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)和核子數(shù)間的關(guān)系；②對核力、結(jié)合能和比結(jié)合能理解的考查；③對質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的考查；④對核能的計算的考查知識導圖課前·

自主預習1．質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)1919年，________用鐳放射出的α粒子轟擊氮原子核，從氮核中打出了一種新的粒子，測定了它的電荷和質(zhì)量，確定它是氫原子核，叫作________，用______或________表示，其質(zhì)量為mp＝______________．2．中子的發(fā)現(xiàn)(1)盧瑟福的預言：原子核內(nèi)可能還有一種________的粒子，名字叫中子．原子核的組成盧瑟福質(zhì)子p1.67×10-27kg不帶電(2)查德威克的發(fā)現(xiàn)：用實驗證實了中子的存在，用________表示，中子的質(zhì)量非常接近質(zhì)子的質(zhì)量．3．原子核的組成(1)核子數(shù)：質(zhì)子和中子質(zhì)量差別非常微小，二者統(tǒng)稱為核子，所以________數(shù)和________數(shù)之和叫核子數(shù)．(2)電荷數(shù)(Z)：原子核所帶的電荷總是質(zhì)子電荷的________倍，通常用這個整數(shù)表示原子核的電荷量，叫作原子核的電荷數(shù)．n質(zhì)子中子整數(shù)(3)質(zhì)量數(shù)(A)：原子核的質(zhì)量等于核內(nèi)__________和________的質(zhì)量的總和，而質(zhì)子與中子的質(zhì)量幾乎相等，所以原子核的質(zhì)量幾乎等于單個核子質(zhì)量的整數(shù)倍，這個倍數(shù)叫作原子核的____________．(4)質(zhì)子中子質(zhì)量數(shù)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)質(zhì)子數(shù)原子核的核子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)嗎？質(zhì)量數(shù)就是原子核的質(zhì)量嗎？【答案】原子核的核子數(shù)等于質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)之和．原子核的質(zhì)量等于原子中質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和；質(zhì)量數(shù)是將原子內(nèi)所有質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似整數(shù)值相加而得到的數(shù)值．微思考【答案】B1．核反應(yīng)的四種類型：________、人工轉(zhuǎn)變、裂變和________．2．核反應(yīng)過程一般都是不可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭連接并表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．3．核反應(yīng)的生成物一定要以實驗為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．4．核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)過程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會發(fā)生變化．5．核反應(yīng)遵循電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒．核反應(yīng)方程衰變聚變1．核力原子核內(nèi)________之間的相互作用力．2．核力的特點(1)核力是____________的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多．(2)核力是短程力，作用范圍在__________m之內(nèi)．(3)核力的飽和性：每個核子只跟______________發(fā)生核力作用．核力與四種基本相互作用核子強相互作用1.5×10-15相鄰的核子3．四種基本相互作用原子核內(nèi)的質(zhì)子是靠萬有引力來抗衡庫侖斥力的嗎？【答案】不是，是核力．微思考下列關(guān)于核力的說法正確的是 (

)A．核力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的相互作用B．核力就是電磁力C．核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)D．核力與電荷有關(guān)【答案】C【解析】核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)，超過1.5×10-15

m，核力急劇下降，幾乎消失，C正確．核力與萬有引力、電磁力不同，A、B錯誤．核力與電荷無關(guān)，D錯誤．1．結(jié)合能原子核是________憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要________，這就是原子核的結(jié)合能．2．比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與________之比，稱作比結(jié)合能，也叫________結(jié)合能．比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越____________，中等大小的原子核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定．結(jié)合能核子能量核子數(shù)平均牢固、穩(wěn)定3．質(zhì)能方程物體的能量與它們質(zhì)量的關(guān)系是E＝________.4．質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量________組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象．mc2小于核子結(jié)合成原子核時是放出能量還是吸收能量？結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定嗎？【答案】核子結(jié)合成原子核時是放出能量．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定．微思考【答案】A課堂·

重難探究2．基本關(guān)系核電荷數(shù)＝質(zhì)子數(shù)(Z)＝元素的原子序數(shù)＝核外電子數(shù)，質(zhì)量數(shù)(A)＝核子數(shù)＝質(zhì)子數(shù)＋中子數(shù)．3．同位素原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)決定了核外電子的數(shù)目，進而也決定了元素的化學性質(zhì)．同種元素的原子，質(zhì)子數(shù)相同，核外電子數(shù)也相同，所以有相同的化學性質(zhì)，但它們的中子數(shù)可能不同，所以它們的物理性質(zhì)不同．對原子核的組成的理解【答案】BC原子核的“數(shù)”與“量”辨析1．核電荷數(shù)與原子核的電荷量是不同的，組成原子核的質(zhì)子的電荷量都是相同的，2．原子核內(nèi)質(zhì)子和中子的總數(shù)叫作核的質(zhì)量數(shù)，原子核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量的總和．1．四種基本相互作用在不同尺度上發(fā)揮作用(1)引力相互作用，萬有引力主要在宏觀尺度上起到明顯作用．萬有引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團，決定著宇宙的現(xiàn)狀．萬有引力是長程力．(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．探究核力與四種基本相互作用(3)強力：即強相互作用，在原子核內(nèi)，強力將核子束縛在一起，強力是短程力．(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β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，其力程比強力更短，為10-18m，作用強度則比電磁力?。?．核力的性質(zhì)(1)核力是四種相互作用中的強相互作用(強力)的一種表現(xiàn)．(2)核力是短程力．約在10-15m數(shù)量級時起作用，距離大于0.8×10-15

m時為引力，距離小于0.8×10-15m時為斥力，距離為10×10-15m時核力幾乎消失．(3)核力具有飽和性．核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用．(4)核力具有電荷無關(guān)性．對核力的理解例2下列對核力的認識正確的是 (

)A．任何物體之間均存在核力B．核力廣泛存在于自然界中的核子之間C．核力只存在于質(zhì)子之間D．核力只發(fā)生在相距1.5×10-15m內(nèi)的核子之間，大于0.8×10-15m為吸引力，而小于0.8×10-15m為斥力【答案】D【解析】由核力的特點知道，只有相距1.5×10-15m內(nèi)的核子之間才存在核力，核力發(fā)生在質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子及中子與中子之間，D正確，A、B、C錯誤．變式2下列說法正確的是 (

)A．比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核要釋放核能B．重核發(fā)生裂變時需要吸收能量C．核力是核子間的萬有引力和庫侖力的合力D．中子與中子之間的核力一定大于中子與質(zhì)子間的核力【答案】A【解析】比結(jié)合能小的原子核結(jié)合成比結(jié)合能大的原子核時，總結(jié)合能增加，因此要釋放核能，A正確；重核裂變時有質(zhì)量虧損，釋放能量，B錯誤；核力是核子間的強相互作用力，C錯誤；核力是短程力，與核子間的距離有關(guān)，由于距離未知，則中子與中子之間的核力不一定大于中子與質(zhì)子間的核力，故D錯誤．記憶核力特點的技巧1．核子包括質(zhì)子和中子，而中子不帶電，所以核力與電荷無關(guān)．2．原子核非常小，所以核力屬于短程力．3．質(zhì)子間的核力比庫侖力大得多，屬于強相互作用力．1．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．探究結(jié)合能和質(zhì)量虧損(3)當比結(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，就可能釋放核能．例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能．2．對質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解(1)質(zhì)能方程．質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對論指出，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E＝mc2.(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，這時質(zhì)能方程也寫為ΔE＝Δmc2.3．核能的計算方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算．①根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm.②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計算核能．其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．(2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計算．根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.對結(jié)合能和比結(jié)合能的理解例3

(2023年南寧檢測)原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的有 (

)【答案】C【答案】B1．比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定．2．結(jié)合能ΔE＝nE由核子數(shù)和比結(jié)合能共同決定．3．中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能較大，因而中等質(zhì)量的原子核較穩(wěn)定．對質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的理解例4

(多選)關(guān)于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E＝mc2，下列說法正確的是 (

)A．雖然太陽不斷地向外輻射能量，但它的總質(zhì)量是不改變的B．理論上用該公式能計算手電筒向外釋放一定能量的光所減少的質(zhì)量C．若m表示核電站參與反應(yīng)的鈾235的質(zhì)量，則E表示核反應(yīng)釋放的核能D．地球不斷地吸收太陽輻射的能量，因此地球的總質(zhì)量可能不斷地增大【答案】BD【解析】太陽釋放出大量能量，質(zhì)量減小，A錯誤；理論上該公式能計算手電筒向外釋放一定能量的光所減少的質(zhì)量，B正確；若m表示核電站參與反應(yīng)的鈾235的質(zhì)量，則E表示其具有的能量，不表示核反應(yīng)釋放的核能，C錯誤；若地球向外輻射的能量小于從外界獲得的能量，那么地球的質(zhì)量將不斷增大，D正確．【答案】D質(zhì)能方程反映了質(zhì)量與能量的對應(yīng)關(guān)系，物體的能量跟其質(zhì)量成正比，即一定的能量必定對應(yīng)著一定的質(zhì)量，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化為能量．核能的計算例5

(2023年全國卷)2022年10月，全球眾多天文設(shè)施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛(wèi)星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻．由觀測結(jié)果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內(nèi)釋放的能量量級為1048J．假設(shè)釋放的能量來自于物質(zhì)質(zhì)量的減少，則每秒鐘平均減少的質(zhì)量量級為(光速為3×108m/s) (

)A．1019kg B．1024kgC．1029kg D．1034

kg【答案】C【答案】B1．計算過程中Δm的單位是kg，ΔE的單位是J.2．若Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV，可直接利用公式ΔE＝Δm×931.5MeV來計算核能．小練·

隨堂鞏固1．科學研究表明，自然界存在四種基本相互作用．我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實質(zhì)上屬于 (

)A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用【答案】B【解析】分子力作用范圍約在10-10m數(shù)量級上，強相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在10-15m和10-18m之內(nèi)，在這個距離上分子力不存在．在分子力作用范圍內(nèi)引力相互作用和電磁相互作用都存在，但由于電磁力遠大于萬有引力，引力相互作用可以忽略不計，因此分子力本質(zhì)上屬于電磁相互作用．2．下列關(guān)于核力、原子核的結(jié)合能、比結(jié)合能的說法正確的是

(

)A．維系原子核穩(wěn)定的力是核力，核力就是表現(xiàn)為相鄰核子間的相互吸引力B．核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，原子核尺度內(nèi)，核力比庫侖力小C．比結(jié)合能小的原子核分解成比結(jié)合能大的原子核時會釋放核能D．自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能【答案】C【解析】維系原子核穩(wěn)定的力是核力，核力可以表現(xiàn)為相鄰核子間的相互吸引力，又可以表現(xiàn)為排斥力，A錯誤；核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，原子核尺度內(nèi)，核力遠比庫侖力大，B錯誤；比結(jié)合能小的原子核結(jié)合或分解成比結(jié)合能大的原子核時釋放核能，故C正確；根據(jù)質(zhì)能方程可知，自由核子組成原子核時，其質(zhì)量虧損所對應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，故D錯誤．3．(多選)對公式ΔE＝Δmc2的正確理解是 (

)A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少ΔmB．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量D．在把核子結(jié)合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子與組成的原子核的質(zhì)量之差就是Δm【答案】ABD【解析】一定質(zhì)量對應(yīng)于一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，A、D正確；如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2，B正確；某原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，C錯誤．4．如圖所示是原子核的核子平均質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像，下列說法正確的是 (

)A．若D、E能結(jié)合成F