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

第五章

原子核第3節(jié)

核力與結(jié)合能課標解讀課標要求素養(yǎng)要求1.知道四種基本相互作用，了解核力的性質(zhì)。2.認識原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能。3.知道什么是質(zhì)量虧損，能應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程進行計算。1.物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點，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)實驗。2.科學思維：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)能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。3.科學探究：通過教材上的科學推理，掌握其實質(zhì)，培養(yǎng)科學推理的能力。4.科學態(tài)度與責任：學習科學家們嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，培養(yǎng)探索科學的興趣和責任。要點一結(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________①。這個能量也是核子結(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。

結(jié)合能①（1）原子核的結(jié)合能就是核子結(jié)合成原子核時需要的能量，這種說法對嗎？

[答案]不對，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）結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定嗎？

[答案]對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。要點二質(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，這個現(xiàn)象叫作__________②。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。

質(zhì)量虧損

提示該同學的說法錯誤，核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒。

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

探究點一

核力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“獨領(lǐng)風騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團，決定著宇宙的現(xiàn)狀。萬有引力是長程力。（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，是長程力。

2.核力的理解

（3）核力具有飽和性。核子只跟相鄰的核子產(chǎn)生較強的引力，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。

BD

探究點二

結(jié)合能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？比結(jié)合能的大小反映了什么？

[答案]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）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是吸收能量還是釋放能量？

[答案]釋放能量。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，就能釋放核能。例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。例(多選)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中，正確的有(

)A.核子結(jié)合成原子核時放出能量B.原子核拆解成核子時要吸收能量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

AB

C

探究點三

質(zhì)量虧損和核能的計算如圖所示是兩個核子數(shù)很小的輕核氘、氚結(jié)合成一個核子數(shù)大一些的氦核，原子核轉(zhuǎn)變示意圖如圖。（1）在核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)是否守恒？

[答案]在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)是守恒的。（2）在該核反應(yīng)過程中會釋放出能量，反應(yīng)前后原子核的質(zhì)量是否會發(fā)生變化？

[答案]會發(fā)生變化，質(zhì)量會減少。

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?。?）物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運動質(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)系的運動質(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。

3.核能的計算方法（1）根據(jù)質(zhì)量虧損計算

（2）利用平均結(jié)合能來計算原子核的結(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)合能之差來計算核反應(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)動能變化判斷：若不吸收光子而動能增加則放出能量。

（1）寫出上述核反應(yīng)的方程；

（2）計算上述核反應(yīng)釋放出的能量。

（1）一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，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？

解題感悟核能的兩種單位換算技巧

D

B

B

C

ABC

（1）這一核反應(yīng)是吸收能量還是放出能量？相應(yīng)的能量變化為多少？

穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系若質(zhì)子與中子成對地構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。若只增加中子，因為中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核，其中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會超過核力的作用范圍，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。1.關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的是(

)A.原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B.穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C.原子核都是非常穩(wěn)定的D.由于核力的作用范圍有限、核力具有飽和性，不可能無節(jié)制地增大原子核而仍穩(wěn)定存在

D

1.（2021北京昌平臨川學校高一月考）（多選）下列關(guān)于四種基本相互作用的說法正確的是(

)A.萬有引力把行星、恒星等聚在一起形成太陽系、銀河系和其他星系，故萬有引力只存在于天體之間B.四種基本相互作用是獨立存在的，有一種相互作用存在時，就一定不存在其他相互作用C.強相互作用和弱相互作用只存在于微觀粒子之間D.四種基本相互作用的規(guī)律有很多相似之處，因此科學家可能建立一種“統(tǒng)一場論”將四者統(tǒng)一起來

CD

2.（多選）關(guān)于核力，下列說法中正確的是(

)A.核力是一種特殊的萬有引力B.原子核內(nèi)只有質(zhì)子和質(zhì)子之間有核力作用，而中子和中子之間、質(zhì)子和中子之間則沒有核力作用C.核力是原子核穩(wěn)定存在的原因D.核力是一種短程強力作用

CD

[解析]核力是短程力，只存在于相鄰的核子之間，核力是原子核穩(wěn)定存在的原因，質(zhì)子和質(zhì)子間、中子和中子之間、質(zhì)子和中子之間均有核力作用。3.鐵核的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能大，下列關(guān)于它們的說法錯誤的是(

)A.鐵核的結(jié)合能大于鈾核的結(jié)合能B.鐵核比鈾核穩(wěn)定C.鈾核發(fā)生核變化變成鐵核要放出能量D.鈾核發(fā)生核變化變成鐵核質(zhì)量要虧損

A

[解析]鐵核的比結(jié)合能大，則它穩(wěn)定些，鈾核的比結(jié)合能小，變成鐵核會放出核能，出現(xiàn)質(zhì)量虧損。

B

B

C

B