人教版高中物理全套教案和導(dǎo)學(xué)案195

1、第十九章 原子核 3-5 選修 19.5核力與結(jié)合能 教學(xué)目標(biāo)】【 1了解核力的概念。 2知道原子核中質(zhì)子和中子的比例關(guān)系。 3了解愛因斯坦的質(zhì)能方程，知道質(zhì)量虧損的概念。 4會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計算核反應(yīng)中釋放的核能。 愛因斯坦的質(zhì)能方程，知道質(zhì)量虧損的概念。重點： 難點：根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計算核反應(yīng)中釋放的核能。 自主預(yù)習(xí)】【 _的相互作用，核力有以下特點：1.核力是存在于原子核里的的一種表現(xiàn)。在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖相互作用(_)(1)核力是_ 得多；力_ 之內(nèi)。(2)核力是短程力，作用范圍在_ m 的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。(3)每個核子_原

2、子核是核子結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的2比結(jié)合能越大，也叫平均結(jié)合能。稱做_，_。原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比， 。_，原子核越_原子核中核子結(jié)合得越 。3物體的能量與它的質(zhì)量之間的關(guān)系，即_組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損_4原子核的質(zhì)量 。表明，的確存在著原子核的_ 核能的計算方法總結(jié)5 核能的計算是原子物理的重要方面和高考的熱點問題，其計算的基本方法是： ）根據(jù)質(zhì)量虧損計算，步驟如下：（1m 。根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損22mcEEmc 計算核能。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程或Em 的單位是焦耳。的單位是千克，計算過程中 u

3、和電子伏計算。（2）利用原子單位 u和電子伏特間的關(guān)系明確原子單位27 kg 10×1 u1.660 6因10278mcE J 101.494×(3.0×10)2 J則1021.660 6××19 J ×101.6又1 eV10 E931.5 MeV J1.494×10則能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原MeV(u)相當(dāng)于931.5 1根據(jù)原子質(zhì)量單位mE 931.5 MeV×。931.5 MeV子質(zhì)量單位數(shù)乘以，即Em 。的單位是MeV上式中，的單位是u 3（）利用平均結(jié)合能來計算核能 原子核的結(jié)合能核子的平

4、均結(jié)合核能×核子數(shù)。 ）根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能（4 ）應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能5（ 【典型例題】 一、核力與四種基本相互作用 【例1】關(guān)于核力的說法正確的是 ( ) A核力同萬有引力沒有區(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1.5×1015 m之內(nèi) D核力與電荷有關(guān) 【例2】下列關(guān)于對核力的認識，正確的是( ) A核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，比庫侖力大得多 B核力存在于質(zhì)子和中子、中子和中子之間，質(zhì)子和質(zhì)子之間只有庫侖斥力 C核力是核子間相互吸引的力，是短程力 D核力只存在于相鄰的核子之間，具有飽和性 二、結(jié)合能與質(zhì)量虧損 mmmE

5、的、射線照射靜止的、氘核D的質(zhì)量分別為Dn、。現(xiàn)用能量為p【例3】中子n、質(zhì)子p氘核使之分解，反應(yīng)方程為Dpn，若分解后的中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是 ( ) 1122E)c (mmm )(A.mmmcB.E DnppDn221122E m)c D.(mm C.(mmm)c E DpnnDp22 2的正確性，設(shè)計了如下實驗：用動能為EEmc【例4】17為了確定愛因斯坦質(zhì)能方程17Li，生成兩個粒子的動能之和為E的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核0.6 MeV19.9 MeV。 23(1)寫出該核反應(yīng)方程； 2正確。(已知質(zhì)子m1.007 3 u，粒子Emcm4.001 5 u，鋰核m(2)通過

6、計算說明Lip7.016 0 u) 【例5】已知 Po原子核的質(zhì)量為209.982 87 u， Pb原子核的質(zhì)量為205.974 46 u，He原子核的質(zhì)量為4.002 60 u，靜止的 Po核在衰變中放出粒子后變成 Pb，求： (1)衰變過程中釋放的能量； (2)粒子從Po核中射出時的動能； (3)反沖核的動能(已知1 u相當(dāng)于931.5 MeV，且核反應(yīng)釋放的能量只轉(zhuǎn)化為動能。) 【課后練習(xí)】 1氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是( ) A核力、萬有引力、庫侖力 B萬有引力、庫侖力、核力 C庫侖力、核力、萬有引力 D核

7、力、庫侖力、萬有引力 2下列說法中正確的是( ) A原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫侖力 B對質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用 C重核比中等質(zhì)量的核更穩(wěn)定 D兩個質(zhì)子之間不管距離如何，核力總大于庫侖力 3下列說法正確的是( ) A自由核子結(jié)合成原子核時，一定遵循質(zhì)量守恒 B在發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量一定等于反應(yīng)后所生成物質(zhì)的總質(zhì)量 C發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)是放能反應(yīng) D發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生核反應(yīng) 4下列說法中，正確的是( ) A愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們

8、之間可以相互轉(zhuǎn)化 2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊藏的mcB由E能量的量度 C核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量 D因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒 5關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法中正確的是( ) A質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量 B物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值 C物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系 D某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 62010年北京理綜太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒

9、鐘輻26 J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近( 4射出的能量約為×10 ) 36 kg A10 18B10 kg 13 kg C10 9D10 kg 7一個電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)和一個正電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)，以相等的初動能E相向運動，并撞到一起，發(fā)生“湮滅”，產(chǎn)生兩個頻率相同的光子，設(shè)產(chǎn)生光子的頻率為，k若這兩個光子的能量都為h，動量分別為p和p，下面關(guān)系中正確的是( ) 2 phmc，pA12 pmc，pBh 22 p，EpChmck12 pE)，pDh(mc k2 ，當(dāng)質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核，真空中光速為cm、m和m8質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為31

10、2) 時，放出的能量是(22 m)c( BcAmm 21322 m)cm D(mmC(mm)c 322113 ) 分別表示氘核、質(zhì)子、中子的質(zhì)量，則( 9以m、m、mnpD 2m BmmAmmm nDnppD mDmm Cmmm nDnnpp 234342He，H的質(zhì)量為3.018 0 uHeHX。已知H的質(zhì)量為某核反應(yīng)方程為102.013 6 uH221111) 。則下列說法中正確的是( 的質(zhì)量為4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7 u 是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量AX X是中子，該反應(yīng)釋放能量B X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量C X是中子，該反應(yīng)吸收能量D ，氫原子的質(zhì)量是1.007 825

11、u1.008 665 u、中子的質(zhì)量也是1.00 8665 u，11已知質(zhì)子的質(zhì)量是碳原子核的，_碳原子的原子量是12.000 000 u,12個核子結(jié)合成碳原子核時，質(zhì)量虧損是 。比結(jié)合能是_ 2727m10m1.672 6×12粒子的質(zhì)量m6.646 7×10 kg，中子的質(zhì)量，質(zhì)子的質(zhì)量 kgnp27 1.674 9的比結(jié)合能。)氦核(粒子。求 kg×10 例題答案：C 【答案】1.對。核力與萬有引，核力急劇下降幾乎消失，故C1015 m【解析】核力是短程力，超過1.5× D錯。A、B不對。核力與電荷無關(guān)，故力、電磁力不同，故 解析：在原子核的尺度

12、內(nèi)，核力比庫侖力大得多，但當(dāng)原子核大到一定程度時，核力將2.正確；核子間的距離小于錯誤，D不足以平衡庫侖力，A錯誤；相鄰核子間都存在核力作用，B C錯誤。1015 m時表現(xiàn)為吸引力，0.8×1015 m時，核力表現(xiàn)為斥力，大于0.8×D 答案： 3.C 【答案】mmmmn D【解析】核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：pcmmEmcm2 p2(D核反應(yīng)過程中釋放的能量：n)EEE 質(zhì)子和中子的總動能為k 是正確的。中子的動能是總動能的一半，故選項C7414He H4.解析：(1)HeLi2312 核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為(2)mm m2mpLi0.020 3 u ×4.001 5)

13、 u(7.016 01.007 32 由質(zhì)能方程可知，與質(zhì)量虧損相當(dāng)?shù)哪芰繛?mcE18.9 MeV ×931.5 MeV0.020 319.3 MeV EE而系統(tǒng)增加的能量為E122 正確。Emc這些能量正是來自核反應(yīng)中，在誤差允許的范圍內(nèi)視為相等，所以7441 (2)見解析HeLiH(1)答案：He2213 (3)0.10 MeV (2)5.31 MeV 【答案】(1)5.412 MeV 5.2062104He Pb Po 【解析】(1)衰變過程為2 8482 衰變過程中質(zhì)量虧損為m0.005 81 u 4.002 60)u205.974 46(209.982 87E 。5.41

14、 MeV衰變過程中釋放的能量為×0.005 81931 MeV 衰變前后動量守恒，則衰變后粒子和鉛核的動量大小相等，方向相反(2)2p ，及E由pp kPbm2mEkPb 得 mEkPb 又因核反應(yīng)釋放的能量只轉(zhuǎn)化為兩者的動能，EEE5.41 MeV k故kPbE 。k解得粒子從釙核中射出時的動能5.31 MeVE 。k(3)反沖核的動能0.10 MeVPb 課后練習(xí)答案： 1. 解析：核力是強相互作用力，氦原子核內(nèi)的2個質(zhì)子是靠核力結(jié)合在一起的，可見核力遠大于庫侖力；微觀粒子的質(zhì)量非常小，萬有引力小于庫侖力，故D選項正確。 答案：D 2.解析：只有相鄰質(zhì)子間才存在核力，A、D錯誤；

15、中子與其他核子間沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，起到維系原子核穩(wěn)定的作用，B正確；中等質(zhì)量大小的核最穩(wěn)定，C錯誤。 答案：B 3. 解析：核反應(yīng)過程滿足電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，其中質(zhì)量數(shù)守恒并不是質(zhì)量守恒。核反應(yīng)過程中往往伴隨著質(zhì)量虧損，并有能量變化。若反應(yīng)后質(zhì)量減小，則釋放出能量，反之則吸收能量，所以C選項正確。 答案：C 2說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，mc并不4.解析：E是說明了能量與質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。故A項錯誤，而B項正確；核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失，實際上是由靜止的質(zhì)量變成運動的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故C項錯誤；在核反應(yīng)中，質(zhì)量

16、守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動質(zhì)量，故D錯誤。 答案：B 2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的，mc當(dāng)物體獲得一質(zhì)能方程E5. 解析：2進行計算，mcE定的能量，即能量增加某一定值時，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加一定值，并可根據(jù)所以B、D正確。 答案：B、D 264×10E92 kg。 kg10mEmc，得根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程6.解析：2 28c)×(310答案：D 7. 解析：能量守恒和動量守恒為普適定律，故以相等動能相向運動發(fā)生碰撞而湮滅的正負22mc22E，且22電子總能量為：Emcp，化為兩個光子后

17、，總動量守恒且為零，故pkk2。mc Ehh2，即k答案：C 8.解析：質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，總質(zhì)量減小了，即質(zhì)量虧損mmmm。依據(jù)質(zhì)321能方程可知，放出的能量為 22mcE。 )cmm(m321答案：D 112pnH9. 解析：質(zhì)子和中子生成氘核，要放出能量，核反應(yīng)方程為：，由愛因斯坦質(zhì)101能方程可知有能量的放出一定有質(zhì)量的減少，所以mmm，D選項正確。 Dpn答案：D 3412HHHe 解析：根據(jù)核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可得X，即X為中10.0211子；在該反應(yīng)發(fā)生前，反應(yīng)物的總質(zhì)量m(2.013 63.018 0) u5.031 6 u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量1m(4.002 61.008 7) u5.011 3 u，總質(zhì)量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損，故該反應(yīng)釋放能量。 2答案：B 11. 解析：碳原子可以看成是6個氫原子與6個中子結(jié)合而成， 質(zhì)量虧損： m6×1.007 825 u6×1.008 665 u12.000 000 u 0.098 940 u 比結(jié)合能為： 2mcE E 12120.098 940×931.5 MeV7.68 MeV。 12答案：0.098 940 u 7.68