沪教版高中物理选修3-5 5.1核能来自何方_学案1
文档属性
| 名称 | 沪教版高中物理选修3-5 5.1核能来自何方_学案1 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 78.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 沪科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-03-20 07:39:31 | ||
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文档简介
核能来自何方
学习目标 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；3．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。
学习重点 结合能和比结合能的物理意义
学习难点 结合能和比结合能的物理意义
学习过程
自主学习 1．核力是存在于原子核里的________的相互作用，核力有以下特点：（1）核力是________相互作用(________)的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库仑力________得多；（2）核力是短程力，作用范围在________ m之内。（3）每个核子________的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。2．原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的________。原子核的结合能与核子数之比，称作________，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。3．物体的能量与它的质量之间的关系，即________。4．原子核的质量________组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的________。5．核能的计算方法总结核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题，其计算的基本方法是： （1）根据质量亏损计算，步骤如下： ①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。 ②根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能。 ③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。（2）利用原子单位u和电子伏计算。①明确原子单位u和电子伏特间的关系 因1 u＝1.660 6×10－27 kg 则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10 J 又1 eV＝1.6×10－19 J 则E＝1.494×10－10 J＝931.5 MeV ②根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。 ③上式中，Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。 （3）利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合核能×核子数。
合作探究 一、核力与四种基本相互作用 ①20世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的电磁力是万有引力的多少倍？ ②是什么作用使质子在原子核内共存？这种作用力有哪些特点？人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？ ③第四种基本相互作用就是弱相互作用，它有何作用？有何特点？ 二、结合能 ①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？ ②结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？ ③结合能的大小与什么因素有关？为什么？ ④什么是比结合能？为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？ 三、质量亏损 ①物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了△m，那么它的能量减小多少？ ②已知中子的质量mn=1．6749×10-27kg，质子的质量为mp=1．6726×10-27kg，氘核的质量mD=3．3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？ ③将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？ ④将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？ ⑤什么是质量亏损？质量亏损表明什么？ ⑥如图，哪些原子核最稳定，为什么？ ⑦若要释放结合能，我们可以怎么做？为什么？
达标检测 1．对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的3．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是( )A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大4．下列说法中正确的是( )A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量D．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒5．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD．现用能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D―→p＋n，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )A．[(mD－mp－mn)c2－E]B．[(mp＋mn－mD)c2－E]C．[(mD－mp－mn)c2＋E]D．[(mp＋mn－mD)c2＋E]7．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为C．当质量分别为m1 kg和m2 kg的原子核结合为质量为M kg的原子核时，释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)u·c2 JB．(m1＋m2－M)u×931．5 JC．(m1＋m2－M)c2 JD．(m1＋m2－M)×931．5 eV8．已知：氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量为MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量为MH＝1.008 15 u。 试判断：N＋He―→O＋H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？
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学习目标 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；3．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。
学习重点 结合能和比结合能的物理意义
学习难点 结合能和比结合能的物理意义
学习过程
自主学习 1．核力是存在于原子核里的________的相互作用，核力有以下特点：（1）核力是________相互作用(________)的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库仑力________得多；（2）核力是短程力，作用范围在________ m之内。（3）每个核子________的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。2．原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的________。原子核的结合能与核子数之比，称作________，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。3．物体的能量与它的质量之间的关系，即________。4．原子核的质量________组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的________。5．核能的计算方法总结核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题，其计算的基本方法是： （1）根据质量亏损计算，步骤如下： ①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。 ②根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能。 ③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。（2）利用原子单位u和电子伏计算。①明确原子单位u和电子伏特间的关系 因1 u＝1.660 6×10－27 kg 则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10 J 又1 eV＝1.6×10－19 J 则E＝1.494×10－10 J＝931.5 MeV ②根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。 ③上式中，Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。 （3）利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合核能×核子数。
合作探究 一、核力与四种基本相互作用 ①20世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的电磁力是万有引力的多少倍？ ②是什么作用使质子在原子核内共存？这种作用力有哪些特点？人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？ ③第四种基本相互作用就是弱相互作用，它有何作用？有何特点？ 二、结合能 ①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？ ②结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？ ③结合能的大小与什么因素有关？为什么？ ④什么是比结合能？为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？ 三、质量亏损 ①物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了△m，那么它的能量减小多少？ ②已知中子的质量mn=1．6749×10-27kg，质子的质量为mp=1．6726×10-27kg，氘核的质量mD=3．3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？ ③将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？ ④将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？ ⑤什么是质量亏损？质量亏损表明什么？ ⑥如图，哪些原子核最稳定，为什么？ ⑦若要释放结合能，我们可以怎么做？为什么？
达标检测 1．对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的3．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是( )A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大4．下列说法中正确的是( )A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量D．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒5．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD．现用能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D―→p＋n，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )A．[(mD－mp－mn)c2－E]B．[(mp＋mn－mD)c2－E]C．[(mD－mp－mn)c2＋E]D．[(mp＋mn－mD)c2＋E]7．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为C．当质量分别为m1 kg和m2 kg的原子核结合为质量为M kg的原子核时，释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)u·c2 JB．(m1＋m2－M)u×931．5 JC．(m1＋m2－M)c2 JD．(m1＋m2－M)×931．5 eV8．已知：氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量为MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量为MH＝1.008 15 u。 试判断：N＋He―→O＋H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？
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