5.3核力與結(jié)合能 教案

.3核力與結(jié)合能〖教材分析〗本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生已經(jīng)掌握了原子核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，探究是什么作業(yè)使得質(zhì)子和中子可以有機地組成一個穩(wěn)定的整體。同時對核能的產(chǎn)生進行了探討，介紹了愛因斯坦的質(zhì)能方程，為后面學(xué)習(xí)核裂變和核聚變做出了鋪墊?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶了解四種基本相互作用與核力的特點，理解結(jié)合能、比結(jié)合能和質(zhì)量虧損的基本觀念和相關(guān)實驗。科學(xué)思維∶理解引力作用是天體間的力（比較顯著），電磁相互作用的表現(xiàn)在分子級別上，強相互作用在原子核，弱相互作用又比原子核小很多的級別上?？茖W(xué)探究：通過教材上的科學(xué)推理，掌握其實質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)推理的能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，堅持實事求是，培養(yǎng)學(xué)習(xí)、探索科學(xué)的興趣和責(zé)任?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：結(jié)合能和比結(jié)合能、質(zhì)量虧損。教學(xué)難點：結(jié)合能和比結(jié)合能?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件等?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入原子核是由中子和質(zhì)子構(gòu)成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢?有某種力，把它們緊密的結(jié)合在了一起，這就是核力。能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力。二、新課教學(xué)（一）核力與四種基本相互作用1.引力相互作用17世紀(jì)下半葉，人們發(fā)現(xiàn)了萬有引力。正是萬有引力把行星和恒星聚在一起，組成太陽系、銀河系和其他星系（動圖展示）。引力是自然界的一種基本相互作用，地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現(xiàn)。2.電磁相互作用動圖展示：電荷間、磁體間的相互作用。從本質(zhì)上說它們是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，這種相互作用稱為電磁相互作用或電磁力。它也是自然界的一種基本相互作用。宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等等，都起源于這些電荷之間的電磁相互作用。3.強相互作用原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。短程力：約在10-15m量級時起作用。4.弱相互作用在某些放射現(xiàn)象中起作用的另一種基本相互作用。（動圖展示）弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。短程力：約在10-18m量級時起作用這樣，萬有引力、電磁力和強相互作用分別在不同的尺度上發(fā)揮了作用。（二）結(jié)合能假設(shè)有兩個相距很遠(yuǎn)的物體，在萬有引力的作用下互相靠近：引力勢能→為動能→內(nèi)能→損失能量。反過來，你想拆散他倆，就肯定得重新賦予他們失去的這部分能量。同樣的要使基態(tài)氫原子電離，也就是要從氫原子中把電子剝離，需要通過碰撞、施加電場、讓氫原子吸收光子等途徑使它得到13.6eV的能量。它才會電離。放到原子核層面則有：自由核子形成原子核所釋放的能量，或者原子核重新分為自由核子，需要吸收的能量，叫做原子核的結(jié)合能。思考：如果結(jié)合能越大，就說明把原子核分開，所需要的能量越大，是不是就意味著原子核越穩(wěn)定嗎？并非如此，因為原子核越大，包含的核子個數(shù)越多，結(jié)合能通常也會越高，但這并不能說明他們穩(wěn)定。比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)的比值。也就是平均到每一個核子的結(jié)合能大小來反應(yīng)原子核的穩(wěn)定性。比結(jié)合能越大表示原子核越穩(wěn)。畫出不同原子的比結(jié)合能不同原子的圖像。從左到右原子核的質(zhì)量數(shù)不斷增大，可以看出中等大小的原子核比結(jié)合能相對較大，其中鐵元素的比結(jié)合能最大，所以在自然界中鐵元素的原子核最穩(wěn)定。（三）質(zhì)量虧損原子核的結(jié)合能很難直接測量。幸好，愛因斯坦已經(jīng)給我們指出了物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，即E=mc2質(zhì)子的質(zhì)量：mp=1.6726×10-27kg中子的質(zhì)量：mn=1.6749×10-27kg用質(zhì)譜儀或其他儀器測定某種原子核的質(zhì)量，與同等數(shù)量的質(zhì)子、中子的質(zhì)量之和相比較，看一看兩條途徑得到的質(zhì)量之差，就能推知原子核的結(jié)合能。課本例題已知中子的質(zhì)量mn=1.6749×10-27kg，質(zhì)子的質(zhì)量mp=1.6726×10-27kg，氘核的質(zhì)量mD=3.343×10-27kg較小的，求氘核的比結(jié)核能。分析：氘核是由1個質(zhì)子和1個中子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開，需要吸收能量，這個能量就是氘核的結(jié)合能。由氘核的質(zhì)量與同等數(shù)量的核子質(zhì)量之間的差值就可以求出與這一質(zhì)量虧損相對應(yīng)的能量，再根據(jù)氘核的核子數(shù)求出氛核的比結(jié)合能。解：在這個方程中左右兩邊的質(zhì)量差，就是質(zhì)量虧損。（γ光子沒有質(zhì)量）△m=（mn+mp）-mD=3.90×10-30kg這個質(zhì)量差對于的能量△E=△mc2=3.90×10-30×（3.00×108）2=3.51×10-13J能量單位常常使用電子伏特1eV=1.6×10-19J所以，氘核的結(jié)合能是氘核的比結(jié)合能。那咱終于明白虧損的這部分質(zhì)量，最后是變成結(jié)合能飛走啦。通過這個例題可以看出，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)象叫作質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。課堂練習(xí)例1：下列說法正確的是（）愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化由E=mc2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)量作為它所蘊藏的能量的量度核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的"質(zhì)量虧損"是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰恳驗樵诤朔磻?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)量并不守恒解析∶E=mc2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，但并不說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故選項A錯誤，選項B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，故選項C錯誤。在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，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，故選項D錯誤。選B。例2：關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法正確的是（）質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值物體一定有質(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)系一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的解析∶質(zhì)能方程E=mc2表明某一定量的質(zhì)量與一定量的能量是相聯(lián)系的。當(dāng)物體獲得一定的能量，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)△E=△mc2進行計算，所以選項BD正確。例3：質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，放出的能量是（）m3c2(m1+m2)c2(m3-m2-m1)c2(m1+m2-m3)c2解析∶△m=（m1十m2一m3），△E=△mc2，故選項D正確.〖板書設(shè)計〗5.3核力與結(jié)合能核力與四種基本相互作用①四種相互作用:引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。②核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強大的力叫做核力。二、結(jié)合能①結(jié)合能：自由核子形成原子核所釋放的能量，或者原子核重新分為自由核子，需要吸收的能量。②比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比。三、質(zhì)量虧