高二物理选修19章第五框导学案.docx

For personal use only in study and research; not forcommercial use芃 19.5核力与结合能螃教学目标蝿 1、知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作薂用；芇 2、知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；蚆 3、理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；膂 4、知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。葿教学重点肄质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。螄教学难点膆结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。袂教学过程羁任务一预习导学羀 1、核力与四种基本相互作用膇（1）核力特点：膅第一、核力是强相互作用( 强力 ) 的一种表现。蒀第二、核力是短程力，作用范围在1.5 10-15 m 之内。螀 第三、核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。羅除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用弱相互作用( 弱力) ，弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。莃（2）四种基本相互作用力：袀弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：蒁弱力（弱相互作用） ：弱相互作用是引起原子核衰变的原因短程力；肆强力（强相互作用） ：在原子核内，强力将核子束缚在一起短程力；蚅电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体长程力；薃引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状长程力。羇 2、原子核中质子与中子的比例肇若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小， 但核力减小得更快。 所以当原子核增大到一定程度时， 相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了；螄若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。羂由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间恨本没有核力的作用， 这时候再增加中子， 形成的核也一定是不稳定的。 因此只有 200 多种稳定的原子核长久地留了下来。蚇 3、结合能袅由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功， 或者需要巨大的能量。 例如用强大的光子照射氘核， 可以使它分解为一个质子和一个中子。羂从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV 时，这个反应才会发生。相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核， 要放出 2.22MeV 的能量。这表明要把原子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能。莂原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固, 原子核越稳定。蒈 那么如何求原子核的结合能呢？爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系，指出了求原子核的结合能的方法。羆 4、质量亏损芅（1）质量亏损袁科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些， 这种现象叫做质量亏损， 质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来。膈回顾质量、能量的定义、单位，向学生指出质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量， 能量也不能转化质量， 质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。肇（2）爱因斯坦质能方程：E mc2莃相对论指出，物体的能量（E）和质量（ m）之间存在着密切的关系，即E mC2 式中，C为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于C2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。芁（3）核反应中由于质量亏损而释放的能量：E= m c 2螅罿物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化 E 与物体的质量变化m的关系： E=mC2袅单个的质子、中子的质量已经精确测定。用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量，与同等数量的质子、中子的质量之和相比较，看一看两条途径得到的质量之差，就能推知原子核的结合能。虿说明：袆 物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。袄质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量， 只是静止质量的减少。莃在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律。羂质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。螃阅读原子核的比结合能， 指出中等大小的核的比结合能最大 ( 平均每个核子的质量亏损最大 ) ，这些核最稳定。另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用。膀任务二合作探究螅【例 1】 1 个质子的质量 mp=1.007 277u， 1 个中子的质量mn=1.008 665u. 氦核的质量为 4.001509 u.这里 u 表示原子质量单位， 1 u=1.660 566 10-27 kg.由上述数值，计算2 个质子和 2 个中子结合成氦核时释放的能量。葿莄节袀螆蒃任务三达标提升蚁 1、组成原子核的核子之间有很强的 _，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称 _，它是一种强相互作用力。蚀 2、自然界中原子序数较 _的原子核，其质子数与中子数大致相等；但原子序数较 _的原子核，中子数比质子数多，越重的元素，两者的差越大。袈 3、核子结合在一起时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的_，它与核子数的比值叫_ 。在结合或分解过程中，反应物与生成物的质量之差叫_。袅 4、已知氮核的质量为 14.00735u，氧核的质量为17.00454u ，氦核的质量为4.00387u ，质子的质量为 1.00815u，则核反应 14N 4 He 17O1 H 是 _（填“释能” “吸7281能”）反应，能量变化了_J 。肁 5、一个铀 235 衰变为钍核时释放出一个粒子， 已知铀核的质量为 3.853131 10-25 kg，钍核的质量为 3.786567 10-25 kg，粒子的质量为 6.64672 10-27 kg，则在该衰变过程中释放出的能量为 _J 。如果有 1kg 铀发生这样的衰变，则铀全部衰变完，释放的能量为 _J 。莁 6、下列关于核反应的说法正确的是()蚅 A爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化羃 B由质能方程可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度薀 C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的袇 D因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的的总能量不守恒螈蚆 7、下列四个核反应中，X 表示中子的是()肂 A 147 N 42 He 178 O XB 2713 Al 42 He 3015 P X羀 C3H2H 4He XD235 U X11292 13654 Xe 9038 Sr 10 01 n蚈 8、用粒子轰击硼 10 后，生在了氮 13，并放出 X 粒子；而氮 13 不稳定，它放出Y 粒子后变成碳13，则 X 和 Y 分别是()蚃 A质子和中子B质子和正电子莈 C中子和电子D中子和正电子薅 9、对质能方程，下列说法正确的是()薃 A能量可以转化为质量B质量可转化为能量肂 C能量的转化与质量的转化是成比例的D在核反应中能量与质量都不守恒肈 10、一个粒子轰击硼（115 B）核变成碳14 和一个未知粒子，并放出7.5 105 eV 的能量，写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损。蚇羅蚈肃羁蕿蒅蒆 19.5 任务三： 6、 B7、 BCD8、D蒂以下无正文仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。,.For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f r den pers?nlichen f r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales.For personal use only in study and research; not for commercial use