2012【优化方案】精品课件：物理选修3-5（配粤教）第4章第四节

(共44张PPT)
第四节　核力与结合能
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第四节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.知道核力是只存在于相邻核子间的短程力．
2．知道重核与轻核．
3．掌握结合能与质量亏损．
重点难点：1.核力．
2．结合能的计算．
课前自主学案
一、核力及其性质
1．核力：组成原子核的核子之间有很___的相互作用力，使核子能够克服______而紧密的结合在一起，这种力称为核力．
2．核力的性质：核力是一种很强的力，在约0.5×10－15m～2×10－15m的距离内主要表现为____，在大于2×10－15m的距离时核力就迅速减小为零，所以核力是一种______．在小于0.5×10－15m的距离内，核力又转变为强大的____而使核子不融合在一起．
强
库仑力
引力
短程力
斥力
思考感悟
原子核很小，结构却十分复杂，除氢核外，其他各种元素的原子核中既有带正电的质子，又有不带电的中子．如铀235的核内有92个质子，143个中子．那么，质子间的静电斥力为什么没有把它们驱散开来？
中子不带电，为什么同样能聚集在一起？
这么多的核子(质子和中子)挤在半径小于10－14m的原子核内，为什么能形成稳定的结构呢？
提示：因为核力的存在
二、重核与轻核
1．原子核中的质子数又称为________．
2．重核：排在周期表中比较靠__的元素对应的原子核叫重核．
3．轻核：排在周期表中比较靠__的元素对应的原子核叫轻核．
原子序数
后
前
三、结合能
1．结合能：由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服____做功，也就是需要提供一定的能量．反过来，____结合成原子核时也会放出一定的能量，这个能量叫做原子核的结合能．
核力
核子
2．爱因斯坦质能方程：核子结合成原子核时，反应前后存在________，亏损的质量与反应中释放的能量相对应，它们之间的关系遵循爱因斯坦的质能方程．即ΔE＝____，ΔE为反应中释放的能量，即结合能，Δm为质量亏损．
3．平均结合能：原子核的结合能与核子数____称为该原子核的平均结合能，平均结合能越大，核越____．
质量亏损
Δmc2
之比
稳定
核心要点突破
一、核力的理解
1．原子核内的质子相距很近，库仑斥力很大，然而核力却使它们紧紧约束在一起，可见核力是强相互作用(强力)的一种表现．在原子核的尺度内，核力比库仑斥力大得多．
2．核力是短程力，在约0.5×10－15m～2×10－15m的距离内主要表现为引力．大于2×10－15m核力就迅速减小到零，所以核力是一种短程力．在小于0.5×10－15m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起．
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．
4．核力与核子是否带电无关，质子和质子间、质子和中子间、中子和中子间都存在核力作用．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)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2×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
解析：选C.核力是短程力，超过2×10－15 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．
二、重核与轻核
1．重核与轻核
排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核，排在比较靠前的叫轻核．
2．原子核中质子和中子的比例关系
自然界中较轻的原子核，其质子数与中子数大致相等；较重的原子核，中子数大于质子数；越重的元素，两者相差越多，如图4－4－1所示．排在83号元素铋之后的原子核都不稳定，它们自动分解或衰变成更轻的原子核，排在第92号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在．
图4－4－1
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)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，如果不断地增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
解析：选D.自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多，故D项正确．
三、结合能的理解
1．结合能
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要能量，这就是原子核的结合能．它等于核子结合为原子核时放出的能量．
2．平均结合能
(1)定义：原子核的结合能与核子数之比，称为平均结合能，也叫比结合能．
(2)与原子核稳定性的关系：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．中等大小的核的比结合能最大，这些核最稳定．
(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能，例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
特别提醒：结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆解成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆解成核子时平均每个核子吸收的能量．结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3.(单选)下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的有(　　)
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
解析：选D.核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错；比结合能越大的原子核是越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．
四、爱因斯坦质能方程
1．质量亏损
组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差，叫做核的质量亏损．质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能．
2．质能方程
原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系．它们之间的关系是：E＝mc2(或ΔE＝Δmc2)
这就是著名的爱因斯坦质能方程．因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损Δm，再代入质能方程求出核能．
3．质能方程的本质
爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系．对质量亏损，切忌不能误解为这部分质量转变成了能量．质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；
第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；第三，质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
4.(双选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的(　　)
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.质量亏损的量说明亏损的质量以另外一种物质形式存在，故A错．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．
课堂互动讲练
质能方程的应用
例1
A．X是质子，该反应释放能量
B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量
D．X是中子，该反应吸收能量
【答案】　B
【方法总结】　在核反应中是释放还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化，若质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．
核能的计算
例2
A．反应过程中的质量亏损是0.078 u
B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg
C．反应过程中释放的能量是7.27 MeV
D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J
【答案】　BC
【方法总结】　方程ΔE＝Δmc2中Δm的单位用“kg”、c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”，可直接用质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV来求解．
α粒子的质量mα＝6.6467×10－27kg，质子的质量mp＝1.6726×10－27kg，中子的质量mn＝1.6749×10－27kg.求α粒子(氦核)的比结合能．
【思路点拨】　(1)原子核的质量亏损为核子的总质量与原子核的质量之差．
(2)比结合能为结合能与核子数之比．
结合能的计算
例3
【答案】　6.8 MeV
变式训练　 H的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子的质量是1.008665 u．求：
(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？
(2)氚核的结合能和平均结合能各是多少？
(3)如果这些能量是以光子的形式放出，则光子的频率是多少？
答案：见解析
知能优化训练
本部分内容讲解结束
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