高中物理 4.4 核力與結(jié)合能課件 粵教版選修3-5.ppt

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,,,高中物理·選修3-5·粵教版,第四節(jié) 核力與結(jié)合能,[目標(biāo)定位] 1.知道核力及其性質(zhì).2.知道重核與輕核，知道重核與輕核中中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的數(shù)量多少關(guān)系.3.掌握結(jié)合能和平均結(jié)合能的概念.4.知道質(zhì)量虧損，理解愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，并能進(jìn)行有關(guān)核能的計(jì)算．,一、核力及其性質(zhì) 1．組成原子核的____之間有很___的相互作用力，使核子能夠克服________而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱(chēng)為核力． 2．核力是一種很___的力，在它的作用范圍內(nèi)核力比庫(kù)侖力大的多． 3．核力是一種____力．在約0.5×10－15m～2×10－15m的距離內(nèi)主要表現(xiàn)為_(kāi)__力；大于2×10－15m的距離時(shí)核力就迅速減小為_(kāi)___；在小于0.5×10－15m的距離內(nèi)，核力又轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)大的___力而使核子不融合在一起．,核子,強(qiáng),庫(kù)侖斥力,強(qiáng),短程,引,零,斥,二、重核與輕核 原子核中的______又稱(chēng)為原子序數(shù)，排在周期表比較靠__的元素對(duì)應(yīng)的原子核叫做重核，排在比較靠___的叫做輕核．一般排在周期表最前面的輕核的質(zhì)子和中子數(shù)____，但是大多數(shù)重核是中子____質(zhì)子． 三、結(jié)合能 1．結(jié)合能：由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是說(shuō)需要提供一定的能量．反過(guò)來(lái)，根據(jù)能量守恒，核子結(jié)合成原子核時(shí)也會(huì)____一定的能量，這個(gè)能量叫做原子核的______．,質(zhì)子數(shù),后,前,相等,多于,放出,結(jié)合能,2．用高能量的γ光子照射氘核，可以使它分解為質(zhì)子和中子，核反應(yīng)方程是_______________． γ光子的能量大于或等于2.22 MeV. 相反的過(guò)程，一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核會(huì)釋放出2.22 MeV的能量．這個(gè)能量以γ光子的形式輻射出去．核反應(yīng)方程是n＋H→________． 3．平均結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與______之比稱(chēng)為該原子核的平均結(jié)合能．平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越_____、原子核越_____， ________的核的平均結(jié)合能最大、最穩(wěn)定．,核子數(shù),牢固,穩(wěn)定,中等大小,四、愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程與質(zhì)量虧損 1．愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：E＝mc2或ΔE＝Δmc2 2．質(zhì)量虧損：核子結(jié)合成原子核時(shí)，反應(yīng)前和反應(yīng)后的____ ____叫質(zhì)量虧損．虧損的質(zhì)量與反應(yīng)中釋放的能量相對(duì)應(yīng)，它們之間的關(guān)系遵循愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程為ΔE＝ ____． 想一想 有人認(rèn)為質(zhì)量虧損就是核子的個(gè)數(shù)變少了，這種認(rèn)識(shí)對(duì)不對(duì)？ 答案 不對(duì)．在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒即核子的個(gè)數(shù)不變，只是核子組成原子核時(shí)，仿佛變“輕”了一些，原子核的質(zhì)量總是小于其全部核子質(zhì)量之和，即發(fā)生了質(zhì)量虧損，核子的個(gè)數(shù)并沒(méi)有變化.,質(zhì)量,Δmc2,之差,一、對(duì)核力的理解 核力是原子核內(nèi)核子與核子之間的相互作用，它發(fā)生在質(zhì)子與質(zhì)子之間、質(zhì)子與中子之間、中子與中子之間，是一種超短程力，且是一種強(qiáng)相互作用，在作用的范圍內(nèi)，核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力．,【例1】 (雙選)對(duì)于核力，以下說(shuō)法正確的是 ( ) A．核力是弱相互作用，作用力很小 B．核力是強(qiáng)相互作用的表現(xiàn)，是強(qiáng)力 C．核子之間的距離小于0.5×10－15 m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥 力，因此核子不會(huì)融合在一起 D．人們對(duì)核力的了解很清楚，特別是在小于0.5×10－15 m時(shí)核力的變化規(guī)律更清楚 答案 BC,解析 要掌握好核力的基本特點(diǎn)，掌握核力與萬(wàn)有引力、電磁力的區(qū)別，這是解決核力問(wèn)題的關(guān)鍵． 核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15 m之內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多，因此選項(xiàng)B正確、A錯(cuò)誤；核力在大于0.5×10－15 m且小于2.0×10－15 m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離的增大而減??；在距離小于0.5×10－15 m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起，所以選項(xiàng)C正確；人們對(duì)核力的了解還不是很清楚，這正是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故選項(xiàng)D不正確．,針對(duì)訓(xùn)練1 下列關(guān)于核力的說(shuō)法正確的是 ( ) A．核力同萬(wàn)有引力沒(méi)有區(qū)別，都是物體間的作用 B．核力就是電磁力 C．核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內(nèi) D．核力與電荷有關(guān) 答案 C 解析 核力是短程力，超過(guò)1.5×10－15 m，核力急劇下降幾乎消失，故C正確；核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，故A、B錯(cuò)；核力與電荷無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)．,二、結(jié)合能與平均結(jié)合能的理解 1．平均結(jié)合能曲線：不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖4－4－1所示． 圖4－4－1,從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能大，輕核和重核的平均結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要?。?2．當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能． 3．平均結(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，中等核子數(shù)的原子核，平均結(jié)合能較大，原子核較穩(wěn)定．,【例2】 (單選)下列關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說(shuō)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(chēng)為結(jié)合能 B．平均結(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)合能和平均 結(jié)合能都大 D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要 大 答案 D,解析 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；平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但平均結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的平均結(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)量原子核的平均結(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．,借題發(fā)揮 結(jié)合能、平均結(jié)合能的對(duì)比理解 (1)核子結(jié)合成原子核時(shí)一定釋放能量，原子核分解成核子時(shí)一定吸收能量．吸收或釋放的能量越大，表明原子核的結(jié)合能越大． (2)平均結(jié)合能為結(jié)合能與核子數(shù)的比值，平均結(jié)合能越大表明原子核越穩(wěn)定．一般情況下，中等質(zhì)量的原子核比輕核和重核的平均結(jié)合能大．,針對(duì)訓(xùn)練2 (2012·江蘇高考)一個(gè)中子與某原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成一個(gè)氘核，其核反應(yīng)方程式為_(kāi)______________ ______．該反應(yīng)放出的能量為Q，則氘核的平均結(jié)合能為_(kāi)_______________．,三、質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算 1．對(duì)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解 (1)質(zhì)能方程 愛(ài)因斯坦的相對(duì)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(guò)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(shí)質(zhì)能方程也寫(xiě)作ΔE＝Δmc2.,2．核能的計(jì)算方法 (1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算 ①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm. ②根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)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(jì)算 根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.,A．X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量 B．X是中子，該反應(yīng)釋放能量 C．X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量 D．X是中子，該反應(yīng)吸收能量 答案 B,借題發(fā)揮 在核反應(yīng)中，是釋放能量還是吸收能量，需要確定反應(yīng)前、后質(zhì)量的變化．若反應(yīng)后質(zhì)量減少即發(fā)生了質(zhì)量虧損，則釋放出能量，反之吸收能量．由于不明確質(zhì)量虧損的含義和與能量的關(guān)系，易誤選D.注意此反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損，釋放出能量．,答案 吸收能量 1.2 MeV 解析 反應(yīng)前總質(zhì)量：MN＋MHe＝18.011 40 u，反應(yīng)后總質(zhì)量：MO＋MH＝18.012 69 u．可以看出：反應(yīng)后總質(zhì)量增加，故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2來(lái)計(jì)算，若反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量增加1 u，就會(huì)吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.,A．反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是0.007 8 u B．反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是1.29×10－29 kg C．反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是7.27 MeV D．反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是1.16×10－19 J 答案 D,,