核力與結合能

1、19. 5 核力與結合能教學目標知識與技能1知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用；2知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減?。?理解結合能的概念，知道核反應中的質(zhì)量虧損；4知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關系。過程與方法1.通過核力的發(fā)現(xiàn)過程，了解“猜想”在科學探究過程中的重要作用；2.通過對穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的學習，培養(yǎng)分析問題的能力。情感、態(tài)度與價值觀1使學生樹立起實踐是檢驗真理的標準、科學理論對實踐有著指導和預見作用的能力；2認識開發(fā)和利用核能對解決人類能源危機的重要意義。教學重點結合能和比結合能的物理意義教學過程：一、核力與四種基本相互作用20

2、世紀初，人們知道自然界存在萬有引力和電磁力這兩種基本相互作用，你能算出相同的距離上，兩質(zhì)子間的電磁力是萬有引力的多少倍？答：質(zhì)子間的電磁力是萬有引力的1035倍是什么作用使質(zhì)子在原子核內(nèi)共存？這種作用力有哪些特點？人們對這種相互作用的認識還有哪些有待完善？答：是核力；特點：1）核力是強相互作用（強力）的一種表現(xiàn)。在原子的尺度范圍內(nèi)，核力比庫侖力大得多；2）核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。核力大于0.8×10-15m時表現(xiàn)為吸引力，且隨距離的增大而減小，超過1.5×10-15m核力急劇下降幾乎消失；而在0.8×10-15m時，核力表現(xiàn)為斥

3、力，因此核子不會融合在一起；3）每個核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性；小于0.8×10-15m時核力的變化規(guī)律還不清楚。第四種基本相互作用就是弱相互作用，它有何作用？有何特點？答：弱相互作用是引起原子核發(fā)生衰變的原因,即引起中子質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為10-8m，作用強度比電磁力弱。典例探究例1（A級）.從以下幾個方面比較核反應與化學反應的相同和不同之處（1）它們分別涉及四種基本相互作用的哪一種？（2）每種反應分別改變了或重新安排了什么？二、原子核中質(zhì)子和中子的比例穩(wěn)定的輕核（原子序數(shù)小于20）的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有何特點？你能分

4、析其中的原因嗎？答：輕核（原子序數(shù)小于20）的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等；對輕核而言，核子數(shù)量相對較小，核子間距處于核力作用范圍之內(nèi)，由于核力遠大于電磁力，即使質(zhì)子和中子成對出現(xiàn)，強大的核力也可以將核子緊緊地束縛在原子核的范圍之內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核。穩(wěn)定的重核（原子序數(shù)大于20）的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有何特點？你能分析其中的原因嗎？答：重核（原子序數(shù)大于20）的質(zhì)子數(shù)小于中子數(shù)；對于重核而言，核子數(shù)量大，核子間距也大，由于核力的飽和性，核力會因為核子間距的變大而大幅度減小，甚至小于電磁力。如果質(zhì)子和中子再成對出現(xiàn)，原子核不穩(wěn)定；如果只增加中子，由于中子之間不存在庫侖力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系

5、原子核的穩(wěn)定，所以重核內(nèi)中子數(shù)會明顯大于質(zhì)子數(shù)。若不斷增大原子核的中子數(shù)，能不斷增大原子核嗎？為什么？答：不能；由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果我們我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。三、結合能將一個質(zhì)子和中子結合在一起，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？若要把它們分開，需要什么條件？答：會失去一部分能量，如果要分開，還要賦予它們這份能量。結合能是原子具有的能量嗎？如何理解結合能？答：結合能并不是由于核子結合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。結合能的大小與什么因素有關？為什么？答：組成原子核的核子數(shù)，

6、組成原子核的核子數(shù)越多，結合能越大。什么是比結合能？為什么說比結合能越大，原子核中核子結合越牢固、原子越穩(wěn)定？答：結合能與核子數(shù)之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定.。因為比結合能越大，將每個核子分開所需的能量越大。四、質(zhì)量虧損物體的質(zhì)量和能量有何關系？若一個物體質(zhì)量減小了m，那么它的能量減小多少？答：Emc2 ； E=m c2已知中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg，質(zhì)子的質(zhì)量為mp=1.6726×10-27kg，氘核的質(zhì)量mD=3.3436×10-27kg。將一個質(zhì)子和一個中子結合成一個氘核，質(zhì)量

7、減小了多少？能量減小了多少？氘核的結合能是多少？比結合能是多少？答：質(zhì)量減小量m=( mp+ mn)- mD=0.0039×10-27kg；能量減小量E=m c2=3.51×10-13J=2.19×106eV；結合能E=2.19MeV；比結合能為E/2=1.10MeV。將一個質(zhì)子和一個中子結合成一個氘核，能量減小了，是否違反了能量守恒定律？為什么？答：沒有違反能量守恒定律；減小的這部分能量以光子釋放出去。將一個質(zhì)子和一個中子結合成一個氘核，質(zhì)量減小了，是否違反了質(zhì)量守恒定律？為什么？答：沒有違反質(zhì)量守恒定律；減小的那部分質(zhì)量等于光子的動質(zhì)量。什么是質(zhì)量虧損？質(zhì)量虧

8、損表明什么？答：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象稱為質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結合能。如右圖，哪些原子核最穩(wěn)定，為什么？答：中等大小的核最穩(wěn)定，因為這些核的比結合能最大（平均每個核子的質(zhì)量虧損最大）。若要釋放結合能，我們可以怎么做？為什么？答：使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等質(zhì)量的核；因為使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等質(zhì)量的核，核子的比結合能都會增加，即核子將發(fā)生新的質(zhì)量虧損，釋放新的核能。典例探究例2（B級）.中子和質(zhì)子結合成氘核，同時釋放光子，核反應方程是。下列說法正確的是（ ACD ）A 反應后氘核的質(zhì)量一定小

9、于反應前質(zhì)子和中子的質(zhì)量和B 反應前后質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變C 核子結合成核時，一定釋放核能D 光子具有的能量為,為核反應中的質(zhì)量虧損例3(B級). 碳原子質(zhì)量的1/12叫做原子質(zhì)量單位，用u表示。試證明1u相當于931MeV。證明： 碳原子的摩爾質(zhì)量為M=12kg/mol，所以一個碳原子質(zhì)量為m=M/NA=1.993×10-26kg 所以1u=m/12=M/12NA=1.6606×10-27kg 帶入公式E=mc2得： E=1.4924×10-10J=931MeV 得證學習小結1.知識2.方法 當堂檢測1（A級）.假設氫核、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m

10、3，那么氫核與中子結合成氘核時放出的能量是（ D ）Am3c2 B.(m1+m2)c2 C.(m3-m2-m1)c2 D.(m1+m2-m3)c22（A級）.一個質(zhì)子和一個中子結合成一個氘核釋放2.2MeV的能量，兩個中子與兩個質(zhì)子結合成一個氦核時，釋放的28.3MeV的能量。現(xiàn)在把兩個中子和兩個質(zhì)子先結合成兩個氘核，再把兩個氘核結合成一個氦核，那么整個過程中釋放的能量為（ D ）A.不知氘核結合成氦核時釋放的能量，故無法判斷 B23.9MeV3(B級). 中子和質(zhì)子結合成氘核時,質(zhì)量虧損為,相應的能量為是氘核的結合能,下列說法正確的是( A )A.用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時,氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子B.用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時,氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子C.用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時