沪教版高中物理选修3-5课件 5.1核能来自何方32张PPT

课件32张PPT。　核能来自何方一、强大的核力
1.定义：组成原子核的核子之间存在着一种
特殊的力，这种力叫做_________．
2.核力是短程力：核力是一种强相互作用力，
在它的作用范围内比___________大的多；
核力是一种___________，作用范围仅局限于
1.5×10－15 m，在大于0.8×10－15 m时表现为
________，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下核力库仑力短程力引力降为零；而距离小于0.8×10－15 m时，核力
为___________．
3.核力的饱和性：每个核子只跟__________的核子发生核力的作用．
想一想
1．核力存在于质子之间、中子之间还是质子与中子之间？
斥力邻近提示：质子之间、中子之间、质子和中子之
间都存在核力，但由于核力是短程力，故只存在于相邻的核子之间．
二、什么叫结合能
1.结合能
核子结合成原子核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___________．
?结合能2.平均结合能
核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做_______________．平均结合能越大的原子核越稳定．
三、如何计算结合能
1.质量亏损
组成原子核的_________的总质量与__________的质量之差叫做核的质量亏损．
平均结合能核子原子核2.结合能的计算
ΔE＝__________
说明：如果核反应后质量增加Δm，就意味
着__________ΔE的能量，如果反应后质量
减少Δm，就意味着___________ΔE的能量．
Δmc2吸收放出想一想
2．有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？
提示：不对．在核反应中质量数守恒即核子
的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛
变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其
全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核
子的个数并没有变化．
学案导引
1.核力有什么特点？
2.四种基本相互作用是什么？1. 核力
组成原子核的相邻核子之间存在着一种特殊
的力，这种力叫核力．
2.核力的特点
(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现．在
它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m
之内．核力在大于0.8×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．
(3)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．3.四种基本相互作用
自然界中最基本的四种相互作用是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用．其中，引力相互作用和电磁相互作用是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力．
弱相互作用，作用范围在10－18 m以内，作用强度比电磁力小，是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因．
关于核力的说法正确的是(　　)
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
【思路点拨】　理解核力的特点是解题的关键．
【精讲精析】　核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降，几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错．
【答案】　C
变式训练
1.关于核力，下列说法中正确的是(　　)
①原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用
②核力既可能是引力，又可能是斥力
③核力对核子做正功，原子核要释放核能
④原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
A．①②③　　　　 B．②④
C．①② D．③④
解析：选A.核力表现为引力时随距离增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故②正确．核力只在1.5×10－15 m短距离内起作用，所以①对④错．核子结合成原子核时，核力对核子做正功，放出一定的能量，③对，选A.
学案导引
1．什么是质量亏损现象？
2．能量与质量之间存在什么关系？
3．怎样计算核能？1.结合能
原子核的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出巨大的能量．结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量．结合能越大，把核子分开而需要的能量就越多，原子核越稳定．2.质量亏损
(1)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地表现出来．
(2)Δm是核反应前与核反应后的质量之差．
特别提醒：质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是E＝mc2.
3.核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程，核反应中释放的核能的计算式为ΔE＝Δmc2，其中Δm为质量亏损，c为光速，ΔE是与亏损质量相对应的能量．核能计算有两种方法：
(1)用ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，因1 u相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．
特别提醒：反应前各核总质量之和若大于反应
后各核总质量之和，则为释放能量，反之，为
吸收能量． 下列说法中，正确的是(　　)
A．爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是能量，它们之间可以互相转化
B．由E＝mc2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蕴含能量的量度
C．核反应中出现的“质量亏损”是消失的质量转化为能量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，系统的总能量和总
质量并不守恒
【思路点拨】　爱因斯坦质能方程是质能相当
关系，不是质量与能量的转化关系．【精讲精析】　E＝mc2说明能量与质量之间存在着
联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说
明了能量与质量之间存在相互转化的关系，故A项错
误，而B项正确．核反应中的“质量亏损”并不是质
量消失，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并
不是质量转变为能量，故C项错误．在核反应中，质
量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在
方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静
质量变为动质量，故D错误．
【答案】　B
【误区警示】　(1)不能从质能方程E＝mc2认为物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．
(2)不能认为核反应中质量的亏损就是质量的
转化，认为反应前后总能量不守恒总质量也
不守恒，这都是错误的．
变式训练
2.关于质能方程，下列说法中正确的是(　　)
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
解析：选BD.质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以B、D正确．
两个中子和两个质子结合成一个氦核，同
时释放一定的核能，若已知中子质量为1.0087 u，质子质量为1.0073 u，氦核质量为4.0026 u试计算用中子和质子生成1 kg氦时，要释放的核能．
【思路点拨】　先由质量数、核电荷数守恒写出核反应方程，计算质量亏损，然后用ΔE＝Δmc2计算每个反应中释放的核能，最后结合阿伏伽德罗常数计算出总共释放的核能．
【答案】　6.59×1014 J
【规律总结】　ΔE＝Δmc2是解决这类问题的主要依据，有时要与动量守恒定律、磁场中的圆周运动相关知识结合起来综合应用，处理这类问题时，准确计算出反应前后的质量差Δm，并选取适当的单位是顺利求解问题的关键．
变式训练解析：反应前总质量mN＋mHe＝18.01122 u反应后总质量mO＋mH＝18.01269 u因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为ΔE＝Δmc2＝[(mO＋mH)－(mN＋mHe)]c2
＝(18.01269－18.01122)×931.5 MeV
＝1.37 MeV.
答案：吸能　1.37 MeV