高中物理第四章原子核44核力與結(jié)合能省公開(kāi)課一等獎(jiǎng)新課獲獎(jiǎng)?wù)n件

第四節(jié)

核力與結(jié)合能1/28目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引2/28目標(biāo)導(dǎo)航預(yù)習(xí)導(dǎo)引二一一、核力及其性質(zhì)1.核力:是使核子能夠克服庫(kù)侖力而緊密結(jié)合在一起一個(gè)強(qiáng)相互作用力.2.核力性質(zhì)(1)強(qiáng)相互作用力:在它作用范圍內(nèi),核力比庫(kù)侖力大得多.(2)短程力:①在約0.5×10-15~2×10-15m距離內(nèi)表現(xiàn)為引力.②大于2×10-15m核力快速減小為零.③在小于0.5×10-15m距離內(nèi)核力又轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)大斥力,使核子不融合在一起.原子核內(nèi)只有相鄰核子間才存在相互作用核力,不相鄰核子間不存在核力,這是為何?答案:因?yàn)楹肆κ嵌坛塘?作用范圍在2×10-15m左右,原子核內(nèi)相鄰核子間距在這個(gè)范圍內(nèi),而不相鄰核子間距已超出0.5×10-15~2×10-15m,故不存在核力作用.3/28目標(biāo)導(dǎo)航二一預(yù)習(xí)導(dǎo)引二、重核與輕核1.重核(1)定義:排在周期表比較靠后元素對(duì)應(yīng)原子核.(2)核子百分比特點(diǎn):多數(shù)重核中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù).2.輕核(1)定義:排在周期表比較靠前元素對(duì)應(yīng)原子核.(2)核子百分比特點(diǎn):質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù).4/28目標(biāo)導(dǎo)航一預(yù)習(xí)導(dǎo)引二三

5/28目標(biāo)導(dǎo)航一預(yù)習(xí)導(dǎo)引二三怎樣了解愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論中質(zhì)能方程給出核能計(jì)算方法?答案:在核反應(yīng)過(guò)程中,質(zhì)量數(shù)即使守恒,但反應(yīng)前跟反應(yīng)后質(zhì)量卻是不相等,反應(yīng)后質(zhì)量增加,需要吸收能量;反應(yīng)后質(zhì)量降低,放出能量.不論是吸能反應(yīng)還是放能反應(yīng),都對(duì)應(yīng)有質(zhì)量改變,吸收或放出能量跟質(zhì)量改變符合質(zhì)能方程.所以我們了解為愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程給出了核能計(jì)算方法.6/28遷移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)精要一、核力與四種基本相互作用1.核力了解組成原子核核子間很強(qiáng)相互作用力叫核力.核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi),形成穩(wěn)定原子核.注意說(shuō)明:原子核中質(zhì)子要靠本身萬(wàn)有引力來(lái)抗衡其相互庫(kù)侖斥力是不可能.7/282.核力特點(diǎn)(1)核力是短程力,只在約1.5×10-15m極短距離內(nèi)有核力作用,超出這個(gè)距離核力就快速減小到零.因?yàn)橘|(zhì)子和中子半徑約為0.8×10-15m,所以每個(gè)核子只跟它相鄰核子間才有核力作用.(2)核力是很強(qiáng)力,它足以克服質(zhì)子間庫(kù)侖斥力,使核子結(jié)合成原子核.(3)核力與核子是否帶電無(wú)關(guān).質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間、中子與中子間都能夠有核力作用.(4)核力從力分類(lèi)上看,屬于按性質(zhì)分力,而不是按效果分力,與重力、彈力、摩擦力一樣屬于性質(zhì)力.遷移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)精要8/28遷移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)精要3.四種基本相互作用在不一樣尺度上發(fā)揮作用(1)四種相互作用第一個(gè)相互作用是萬(wàn)有引力,第二種是電磁力,第三種是原子核內(nèi)存在強(qiáng)相互作用核力,第四種是原子核內(nèi)存在弱相互作用核力.(2)四種基本相互作用性質(zhì)9/28遷移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)精要10/28知識(shí)精要遷移應(yīng)用一二典題例解【例1】

(多項(xiàng)選擇)對(duì)于核力,以下說(shuō)法正確是(

)A.核力是弱相互作用力,作用力很小B.核力是強(qiáng)相互作用表現(xiàn),是強(qiáng)力C.核子之間距離小于0.8×10-15m時(shí),核力表現(xiàn)為斥力,所以核子不會(huì)融合在一起D.人們對(duì)核力了解很清楚,尤其是在小于0.8×10-15m時(shí)核力改變規(guī)律更清楚11/28知識(shí)精要遷移應(yīng)用一二典題例解解析:要掌握好核力基本特點(diǎn),掌握核力與萬(wàn)有引力、電磁力區(qū)分,這是處理核力問(wèn)題關(guān)鍵.核力是強(qiáng)相互作用一個(gè)表現(xiàn),它作用范圍在

1.5×10-15m之內(nèi),核力比庫(kù)侖力大得多,所以選項(xiàng)B正確,A錯(cuò)誤.核力在大于0.8×10-15m時(shí)表現(xiàn)為吸引力,且隨距離增大則減小;在距離小于0.8×10-15m時(shí),核力表現(xiàn)為斥力,所以核子不會(huì)融合在一起,所以選項(xiàng)C正確.人們對(duì)核力了解還不是很清楚,這是科學(xué)家們奮力攻克堡壘,故選項(xiàng)D不正確.答案:BC12/28知識(shí)精要遷移應(yīng)用一二典題例解13/28遷移應(yīng)用典題例解一二知識(shí)精要科學(xué)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引力和斥力,那么分子力實(shí)質(zhì)上屬于(

)A.引力相互作用B.電磁相互作用C.強(qiáng)相互作用和弱相互作用共同作用D.四種基本相互作用共同作用解析:分子力作用范圍約在10-10

m數(shù)量級(jí)上,強(qiáng)相互作用和弱相互作用都是短程力,作用范圍在10-15

m和10-18

m之內(nèi),在這個(gè)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,但因?yàn)殡姶帕h(yuǎn)大于萬(wàn)有引力,引力相互作用能夠忽略不計(jì),所以分子力本質(zhì)上屬于電磁相互作用.答案:B14/28典題例解知識(shí)精要二一1.比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定性(1)比結(jié)合能大小能夠反應(yīng)核穩(wěn)定程度,比結(jié)合能越大,原子核就越難拆開(kāi),表示該核就越穩(wěn)定.(2)核子數(shù)較小輕核與核子數(shù)較大重核,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)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)合能較小原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大原子核時(shí),就可釋放核能.比如,一個(gè)核子數(shù)較大重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些核,或者兩個(gè)核子數(shù)很小輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些核,都能釋放出巨大核能.遷移應(yīng)用15/28二一2.質(zhì)量虧損在核反應(yīng)前后原子核總質(zhì)量并不相等.比如,一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核反應(yīng)中,準(zhǔn)確計(jì)算表明氘核質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子質(zhì)量之和要小一些,這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損,質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能顯著地表現(xiàn)出來(lái).3.愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2(1)質(zhì)能方程意義:愛(ài)因斯坦相對(duì)論指出,物體能量(E)和質(zhì)量(m)之間存在著親密關(guān)系,即E=mc2,式中c為真空中光速.(2)質(zhì)能方程本質(zhì)①質(zhì)量或能量是物質(zhì)屬性之一,絕不能把物質(zhì)和它們某一屬性(質(zhì)量和能量)等同起來(lái);典題例解知識(shí)精要遷移應(yīng)用16/28二一②質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量不可分割性,方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上關(guān)系,這兩個(gè)量分別恪守質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律,質(zhì)量和能量在數(shù)值上聯(lián)絡(luò)決不等于這兩個(gè)量能夠相互轉(zhuǎn)化;③質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律,依據(jù)愛(ài)因斯坦相對(duì)論,輻射出γ光子靜質(zhì)量即使為零,但它有動(dòng)質(zhì)量,而且這個(gè)動(dòng)質(zhì)量剛好等于虧損質(zhì)量,所以質(zhì)量守恒、能量守恒仍成立.4.核反應(yīng)中因?yàn)橘|(zhì)量虧損而釋放能量ΔE=Δmc2物體能量改變?chǔ)與物體質(zhì)量改變?chǔ)關(guān)系ΔE=Δmc2.典題例解知識(shí)精要遷移應(yīng)用17/28二一【例2】

(北京理綜)質(zhì)子、中子和氘核質(zhì)量分別為m1、m2和m3,當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí),釋放能量是(c表示真空中光速)(

)A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)cC.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2解析:依據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2,此核反應(yīng)放出能量ΔE=(m1+m2-m3)c2,故C正確.

答案:C典題例解知識(shí)精要遷移應(yīng)用18/28二一典題例解知識(shí)精要遷移應(yīng)用19/28二一1.以下說(shuō)法正確是(

)A.愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反應(yīng)了物體質(zhì)量就是能量,它們之間能夠相互轉(zhuǎn)化B.由E=mc2可知,能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系,能夠用物體質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏能量量度C.核反應(yīng)中發(fā)覺(jué)“質(zhì)量虧損”是消失質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰緿.因?yàn)樵诤朔磻?yīng)中能產(chǎn)生能量,有質(zhì)量轉(zhuǎn)化,所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒,系統(tǒng)總能量和總質(zhì)量并不守恒答案:B遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)精要20/28二一解析:E=mc2說(shuō)明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)絡(luò),即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系,但并不說(shuō)明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化關(guān)系,故A錯(cuò)誤,B正確;核反應(yīng)中“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失,實(shí)際上是由靜止質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量,故C錯(cuò)誤;在核反應(yīng)中,質(zhì)量守恒,能量也守恒,在核反應(yīng)前后只是能量存在方式不一樣,總能量不變,在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動(dòng)質(zhì)量,故D錯(cuò)誤.遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)精要21/28二一2.(多項(xiàng)選擇)關(guān)于原子核結(jié)合能,以下說(shuō)法正確是

(

)A.原子核結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需最小能量B.一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,衰變產(chǎn)物結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核結(jié)合能D.比結(jié)合能越大,原子核越不穩(wěn)定遷移應(yīng)用典題例解知識(shí)精要答案:ABC解析:核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放能量叫做原子核結(jié)合能,則原子核分解為核子時(shí)需要最小能量等于結(jié)合能,A項(xiàng)正確;重核衰變時(shí),同時(shí)向外釋放能量,所以衰變產(chǎn)物結(jié)合能大于原來(lái)重核結(jié)合能,B項(xiàng)正確;鉛原子核中核子數(shù)量多,結(jié)合能也就大,C項(xiàng)正確;比結(jié)合能越大,原子核越穩(wěn)定,D項(xiàng)錯(cuò)誤.22/28知識(shí)鏈接案例探究

類(lèi)題試解核能計(jì)算是原子物理主要方面和高考熱點(diǎn)問(wèn)題,其基本方法:1.依據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算,步驟以下:(1)依據(jù)核反應(yīng)方程,計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后質(zhì)量虧損Δm.(2)依據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E=mc2或ΔE=Δmc2計(jì)算核能.(3)計(jì)算過(guò)程中Δm單位是千克,ΔE單位是焦耳.2.利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算(1)正確寫(xiě)出核反應(yīng)方程或明確題設(shè)核反應(yīng)方程中各原子核、粒子個(gè)數(shù);(2)以原子質(zhì)量單位(u)為單位,計(jì)算反應(yīng)前后質(zhì)量差(即質(zhì)量虧損)Δm(u);