人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案3：5 3核力與結(jié)合能

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE15.3核力與結(jié)合能〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解四種基本相互作用,知道核力的特點(diǎn)。2.理解結(jié)合能和比結(jié)合能的概念。3.知道質(zhì)量虧損,理解愛因斯坦質(zhì)能方程并能進(jìn)行有關(guān)核能的計算?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗一、核力與四種基本相互作用1.四種基本相互作用(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(qiáng)力更短,作用強(qiáng)度則比電磁力小。2.核力及核力的特點(diǎn)(1)核力:原子核中的核子之間存在一種很強(qiáng)的相互作用,即存在一種核力,它使得核子緊密地結(jié)合在一起,形成穩(wěn)定的原子核。這種作用稱為強(qiáng)相互作用。(2)核力的特點(diǎn):距離增大時,強(qiáng)相互作用急劇減小,它的作用范圍只有約10-15m,即原子核的大小,超過這個界限,這種相互作用實(shí)際上已經(jīng)不存在了,它是短程力。二、結(jié)合能1.結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開,也需要能量,這就是原子核的結(jié)合能。這個能量也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量。組成原子核的核子越多,它的結(jié)合能越大。2.比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比,叫作比結(jié)合能,也叫作平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大,原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。3.比結(jié)合能的特點(diǎn)(1)不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的。(2)中等大小的核的比結(jié)合能最大(平均每個核子的質(zhì)量虧損最大),這些核最穩(wěn)定。三、質(zhì)量虧損1.愛因斯坦質(zhì)能方程:E=mc2。2.質(zhì)量虧損原子核的質(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。質(zhì)量虧損表明,的確存在著原子核的結(jié)合能。小試牛刀1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)核力是強(qiáng)相互作用，在任何情況下都比庫侖力大。 ()(2)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因。 ()(3)比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。 ()(4)質(zhì)能方程E＝mc2表明了質(zhì)量與能量間的一種對應(yīng)關(guān)系。 ()2．(多選)對核力的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．任何核子之間均存在核力B．每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用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3．(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)合成原子核時放出能量B．原子核拆解成核子時要吸收能量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〖重難點(diǎn)剖析〗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,原子核中核子結(jié)合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。(2)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,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。質(zhì)量虧損與質(zhì)能方程(1)質(zhì)量虧損,并不是質(zhì)量消失。(2)質(zhì)能方程E=mc2說明一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性,建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系,但不等于這兩個量可以相互轉(zhuǎn)化。(3)根據(jù)質(zhì)能方程,物體的總能量與其質(zhì)量成正比。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)能方程也寫作ΔE=Δmc2。計算核能的方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算核能先計算質(zhì)量虧損Δm:根據(jù)核反應(yīng)方程,計算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm。再計算核能ΔE:若Δm的單位是千克,則應(yīng)用ΔE=Δmc2計算核能,ΔE的單位是焦耳;若Δm的單位是u,則應(yīng)用ΔE=Δm×931.5MeV計算核能,ΔE的單位是MeV。(2)根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng),在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的,因此,利用動量和能量守恒可以計算出核能的變化。(3)利用比結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能=原子核的比結(jié)合能×核子數(shù)。核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差,就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能?！嫉淅觥嚼?．(多選)對原子核的組成，下列說法正確的是()A．核力可使一些中子組成原子核B．核力可使非常多的質(zhì)子組成原子核C．自然界中存在只有質(zhì)子的原子核D．質(zhì)量較大的原子核內(nèi)一定有中子例2．關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A．原子核的比結(jié)合能等于將其完全分解成自由核子所需能量的最小值B．原子核衰變成α粒子和另一原子核，并釋放出能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定小于原來原子核的結(jié)合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結(jié)合能D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定例3．(多選)對公式ΔE＝Δmc2的理解正確的是()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例4．一般理論認(rèn)為恒星釋放的能量來自于核聚變反應(yīng)，恒星內(nèi)部的高溫使原子核高速運(yùn)動誘發(fā)聚變反應(yīng)。兩個氘核的聚變反應(yīng)方程為，其中氘核的質(zhì)量為2.0130u，X核的質(zhì)量為3.0150u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u相當(dāng)于931.5MeV，在兩個氘核以相等的動能0.50MeV進(jìn)行對心碰撞，并且核能全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生粒子的動能的情況下，下列說法正確的是（）A．X為原子核 B．反應(yīng)后X與中子的速率相等C．反應(yīng)前核子的比結(jié)合能大于反應(yīng)后核子的比結(jié)合能 D．X原子核的動能為0.79MeV

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁小試牛刀1．×√√√2．〖答案〗BD〖解析〗由核力的特點(diǎn)知道，只有相距1.5×10－15m之內(nèi)的核子之間存在核力，核力發(fā)生在核子之間，B、D正確。3．〖答案〗AB〖解析〗核子結(jié)合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，A、B正確；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，C、D錯誤。例1．〖答案〗CD〖解析〗由于原子核帶正電，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的質(zhì)子聚集在一起組成原子核，原因是核力是短程力，質(zhì)子之間還存在“長程力”——庫侖力，A、B錯誤；自然界中存在只有一個質(zhì)子的原子核，如eq\o\al(1,1)H，C正確；較大質(zhì)量的原子核內(nèi)只有存在一些中子，才能削弱庫侖力，維系原子核的穩(wěn)定，D正確。例2．〖答案〗C〖解析〗原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A錯誤；原子核衰變成α粒子和另一原子核，要釋放能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來原子核的結(jié)合能，故B錯誤；銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的比結(jié)合能與鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的比結(jié)合能差不多，而銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的核子數(shù)小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的核子數(shù)，故銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結(jié)合能，故C正確；比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D錯誤。故選C。例3．〖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，故選項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，故選項B正確；某原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，故選項C錯誤。例4．〖答案〗D〖解析〗A．根據(jù)核反應(yīng)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守