新教材高中物理第五章原子核第3節(jié)核力與結(jié)合能學(xué)案新人教版選擇性必修第三冊(cè)

PAGEPAGE8第3節(jié)核力與結(jié)合能課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.知道四種基本相互作用，了解核力的性質(zhì)。2.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能。3.知道什么是質(zhì)量虧損，能應(yīng)用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算。1.物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點(diǎn)，了解結(jié)合能、比結(jié)合能和質(zhì)量虧損的基本觀念和相關(guān)實(shí)驗(yàn)。2.科學(xué)思維：理解核力是短程力，掌握比結(jié)合能和質(zhì)量虧損，能用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算，提高分析、解決問(wèn)題的能力。3.科學(xué)探究：通過(guò)教材上的科學(xué)推理，掌握其實(shí)質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)推理的能力。4.科學(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，培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣和責(zé)任。自主學(xué)習(xí)·必備知識(shí)教材研習(xí)教材原句要點(diǎn)一結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能①。這個(gè)能量也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量。原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(jié)合能。要點(diǎn)二質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損②。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。自主思考①（1）原子核的結(jié)合能就是核子結(jié)合成原子核時(shí)需要的能量，這種說(shuō)法對(duì)嗎？（2）結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定嗎？答案：提示（1）不對(duì)，原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開需要能量，叫結(jié)合能。（2）對(duì)于核子較多的原子核，其結(jié)合能大，但它的比結(jié)合能不一定大，比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定。所以，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性。②用α粒子轟擊鈹(49Be答案：提示該同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤，核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒。名師點(diǎn)睛1.結(jié)合能的理解（1）組成原子核的核子越多，結(jié)合能越高。（2）結(jié)合能與核子數(shù)之比稱作比結(jié)合能，比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。（3）結(jié)合能通常只用在原子核中。2.質(zhì)量虧損的理解（1）質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過(guò)程中以能量的形式輻射出去了。反過(guò)來(lái)，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。（2）質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯地表現(xiàn)出來(lái)。（3）Δm是核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量之差?；?dòng)探究·關(guān)鍵能力探究點(diǎn)一核力知識(shí)深化1.四種基本相互作用的理解（1）引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀。萬(wàn)有引力是長(zhǎng)程力。（2）電磁相互作用：電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體和固體，是長(zhǎng)程力。（3）強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，將核子束縛在一起，是短程力。（4）弱相互作用：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。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)相互作用更短，為10-182.核力的理解（1）核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。（2）核力是短程力，約在10-15m數(shù)量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m（3）核力具有飽和性。核子只跟相鄰的核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。（4）核力與核子是否帶電無(wú)關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間、中子與中子間都可以有核力作用。題組過(guò)關(guān)1.（多選）對(duì)核力的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A.任何核子之間均存在核力B.每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用C.核力只存在于質(zhì)子之間D.核力只發(fā)生在相距為1.5×10-15m的核子之間，大于0.8×答案：B;D解析：由核力的特點(diǎn)知道，核力的作用范圍只有約10-15探究點(diǎn)二結(jié)合能情境探究如圖所示是不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的大致曲線。（1）從圖中看出，中等質(zhì)量的原子核與重核、輕核相比，比結(jié)合能有什么特點(diǎn)？比結(jié)合能的大小反映了什么？（2）比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為比結(jié)合能較大的原子核時(shí)是吸收能量還是釋放能量？答案：提示（1）中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能較大，比結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。（2）釋放能量。探究歸納1.結(jié)合能和比結(jié)合能的理解（1）結(jié)合能不是核子結(jié)合成原子核需要的能量，而是將原子核的核子拆開時(shí)需要的能量。（2）比結(jié)合能比結(jié)合能更有意義，它反映了原子核結(jié)合的穩(wěn)定程度或分裂的難易程度。2.比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系（1）比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。（2）核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。（3）當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就能釋放核能。例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。探究應(yīng)用例(多選)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中，正確的有()A.核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量B.原子核拆解成核子時(shí)要吸收能量C.比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大D.重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大答案：A;B解析：核子結(jié)合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，A、B兩項(xiàng)正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核的大，但由于核子數(shù)比重核的少，其結(jié)合能比重核的小，C、D兩項(xiàng)錯(cuò)誤。遷移應(yīng)用1.關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說(shuō)法正確的是()A.原子核的比結(jié)合能等于將其完全分解成自由核子所需能量的最小值B.原子核衰變成α粒子和另一原子核，并釋放出能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定小于原來(lái)原子核的結(jié)合能C.銫原子核(55133CsD.比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定答案：C解析：原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；原子核衰變成α粒子和另一原子核，要釋放能量，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)原子核的結(jié)合能，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；銫原子核(55133Cs)的核子數(shù)小于鉛原子核(82208Pb)的核子數(shù)，故銫原子核探究點(diǎn)三質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算情境探究如圖所示是兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核氘、氚結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的氦核，原子核轉(zhuǎn)變示意圖如圖。（1）在核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)是否守恒？（2）在該核反應(yīng)過(guò)程中會(huì)釋放出能量，反應(yīng)前后原子核的質(zhì)量是否會(huì)發(fā)生變化？答案：提示（1）在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)是守恒的。（2）會(huì)發(fā)生變化，質(zhì)量會(huì)減少。探究歸納1.質(zhì)量虧損的理解（1）在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，所謂的質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰俊＃?）物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過(guò)程中以能量的形式輻射出去了，轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量。（3）從質(zhì)量虧損可知，質(zhì)量是物體具有能量的多少及能量轉(zhuǎn)化多少的一種量度。2.質(zhì)能方程E=mc（1）質(zhì)能方程說(shuō)明一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系。具體地說(shuō)，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的。E=mc（2）根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫成ΔE=Δmc3.核能的計(jì)算方法（1）根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算①根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計(jì)算。其中Δm的單位是千克，②利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算。1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5?MeV的能量，ΔE=Δm×931.5?MeV，其中Δm的單位為u，（2）利用平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算原子核的結(jié)合能=核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)。（3）利用核反應(yīng)前后結(jié)合能之差來(lái)計(jì)算核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能。4.判斷核反應(yīng)過(guò)程是釋放能量還是吸收能量的方法（1）根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量的變化情況進(jìn)行判斷：若質(zhì)量減少即發(fā)生了質(zhì)量虧損，則釋放能量；若質(zhì)量增加，則吸收能量。（2）根據(jù)動(dòng)能變化判斷：若不吸收光子而動(dòng)能增加則放出能量。探究應(yīng)用例1一個(gè)鋰核(37Li)受到一個(gè)質(zhì)子的轟擊，變成兩個(gè)α粒子。已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.6726×10（1）寫出上述核反應(yīng)的方程；（2）計(jì)算上述核反應(yīng)釋放出的能量。答案：（1）?（2）2.691×解析：（1）?（2）核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm=代入數(shù)據(jù)得Δm=2.99×釋放的能量ΔE=Δm例2?13H的質(zhì)量是3.016050?u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007277?u，中子的質(zhì)量為1.008665?（1）一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是吸收還是放出能量？該能量為多少？（2）氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？答案：（1）放出能量7.97?MeV（2）解析：（1）一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的反應(yīng)方程為?反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為m反應(yīng)后新核的質(zhì)量為m質(zhì)量虧損為Δm=(3.024607-3.016050)因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，故此核反應(yīng)放出能量釋放的能量為ΔE=0.008557×931.5?（2）氚核的結(jié)合能為ΔE=7.97?它的比結(jié)合能為ΔE解題感悟核能的兩種單位換算技巧（1）若以kg為質(zhì)量虧損Δm的單位，則計(jì)算時(shí)應(yīng)用公式ΔE=Δmc2，核能的單位為（2）若以原子質(zhì)量單位“u”為質(zhì)量虧損Δm的單位，則ΔE=Δm×931.5?MeV，核能的單位為MeV（3）兩種單位的換算：1?MeV遷移應(yīng)用1.（2021天津河西高三期中）關(guān)于質(zhì)能方程E=mcA.質(zhì)量和能量可以相互變化B.當(dāng)物體向外釋放能量為ΔE時(shí)，其質(zhì)量必定增加Δm，滿足ΔE=ΔmC.物體的核能可以用mcD.mc答案：D解析：mc2是物體所蘊(yùn)藏能量的總和，不表示核能，質(zhì)量和