2019-2020学年高中物理第4章核能4.1核力与核能教案鲁科版选修3-5.doc

1、2021-2021学年高中物理第4章核能4.1核力与核能教案鲁科版选修3-5课标要求知识与技能1 .知道什么是核力,了解核力的特点.2 .熟悉原子核的结合能和质量亏损.3 .能应用质能方程进行计算.过程与方法1 .会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反响中释放的核能；2 .培养学生的理解水平、推理水平、及数学计算水平.情感态度与价值观1 .使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的水平.2 .熟悉开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义课标解读1 .知道核力的概念、特点及自然界存在的四种根本相互作用.2 .了解核素的核素图,知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序

2、数的增大而减3 .了解结合能平均结合能的概念,知道两种释放核能的方式,知道核反响中的质量亏损.4 .知道爱因斯坦的质能方程,理解质量与能量是“对应关系而不是“转化关系.教学地位本节是本章的第一节内容,可先通过有关核能的新闻报道或太阳中核反响对地球的作用,以及原子弹、核电站对人类生活的影响等激发学生的兴趣.告诉学生核能的两种释放方法,从而导入核力概念,讲解核素、结合能、平均结合能,掌握爱因斯坦质能方程并能进行计算.告诉学生全章结构以及本节和其他章节的关系.通过对核素图的分析,让学生掌握核素图的特点,了解轻核聚变和重核裂变都是核能的释放方式,并使学生建立物理学习和研究科学的方法.新课导入建议问题导

3、入提问1：氯原子核中有两个质子,质子质量为m=1.67X1027kg,带电量为元电荷e=1.6x10-七,原子核的直径的数量级为1015m,那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍？两者相差1036倍提问2:在原子核那样狭小的空间里,带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍,那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力,把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容.教学流程设计课前预习安排：L看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论|?步骤1:导入新课,本节教学地位分析|?步骤2:老师提问,检查预习效果可多提问几个学生?错误！步骤7:指导学

4、生完成【当堂双基达标】,验证学习情况步骤6:完成“探究3重在讲解规律方法技巧步骤5:师生互动完成“探究炉方式同完成探究1相同自主学同区I步骤4:让学生完成【迁移应用】,检查完成情况并点评课标解读重点难点1 .知道什么是核力,了解核力的特点.2 .熟悉核素图及原子核的结合能和质量亏损.3 .能应用质能方程进行计算.1 .核素图的物理意义.(重点)2 .核能的计算.(重点)3 .对结合能、平均结合能的理解.(难点)步骤8:先由学生自己总结本节的主要知识,教师点评,安排学生课下完成【课后知能检测】理教材自查白测阖"建地|二1|核力与核的稳定性1 .根本知识(1)核力把原子核中的核子维系在一

5、起的力.(2)核力特点核力是短程力,作用范围在2_fm(1fm=1015m)左右,它不能延伸到3_fm以外.当两核子间距离减小时,核力也EBE减小,至一定值时,核力表现为斥力.核力是一种强相互作用,假设两质子之间的距离为1fm,库仑力是200N左右,核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用.(3)核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子.(4)核素图用横坐标表示质子数,纵坐标表示中子数,每一种核素用一小方块表示,所得到的图象.(5)核的稳定性核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上,或紧靠曲线的两侧区域.稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加,稳定核素的中子数越来越大于质子数.2 .思考

6、判断(1)原子核内的质子间均存在核力和库仑力.(X)(2)稳定原子核的质子数总是与中子数相等.(X)(3)对质子数较多的原子核,其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用.(,)3 .探究交流原子核是由中子和质子组成的,在原子核狭小的空间里,带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？【提示】组成原子核的相邻的核子间存在核力.结合能与质量亏损1 .根本知识(1)结合能核子结合成原子核所释放的能量.(2)平均结合能定义：平均每个核子的结合能.意义：平均结合能越大,原子核越难别离成单个核子.(3)质量亏损质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和,这一差值称为质量亏损.能量计算

7、：质量亏损说明核子组成原子核放出能量,其大小为AE=Ame.2 .思考判断(1)原子核的核子数越多,平均结合能越大.(X)(2)质量亏损是由于这局部质量转化为能量.(X)3 .探究交流有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种熟悉对不对？【提示】不对.在核反响中质量数守恒即核子的个数不变,只是核子组成原子核时,仿佛变“轻了一些,原子核的质量总是小于其全部核子质量之和,即发生了质量亏损,核合作探究区I子的个数并没有变化.破疑难师生互动提"知能对结合能与平均结合能的理解【问题导思】1 .原子核越大越稳定吗？2 .结合能是原子核具有的能量吗？3 .平均结合能和结合能存在什么关系？1 .结合

8、能由于核子间存在着强大的核力,原子核是一个巩固的集合体.要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,或者需要巨大的能量.例如,用强大的丫光子照射笊核,可以使它分解为一个质子和一个中子.从实验知道只有当光子能量等于或大于2.19MeV时,这个反响才会发生.同样,一个质子和一个中子结合成笊核,要放出2.19MeV的能量.这表明要把原子核分开成核子要吸收能量,核子结合成原子核要放出能量,这个能量叫做原子核的结合能.2.结合能和平均结合能原子核是核子结合在一起构成的,要把核子分开,就需要能量,这就是原子核的结合能.结合能的大小可以用AE=AmC进行计算.对某种原子核,平均每个核子的结合能就是平均结合

9、能.平均结合能的大小可以用平得到.(1)平均结合能的大小反映核的稳定程度,平均结合能越大,原子核就越难拆开,表示原子核越稳定.(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核,平均结合能都比拟小,中等核子数的原子核平均结合能较大.(3)平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时要释放能量.特别提醒原子核越大,它的结合能越高,有意义的是它的结合能与核子数之比,称为平均结合能,平均结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定.例以下关于结合能和平均结合能的说法中,正确的选项是()A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B.平均结合能越大的原子核越稳定,因此它

10、的结合能也越大C.重核与中等质量原子核相比拟,重核的结合能和平均结合能都大D.中等质量的原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大【解析】核子结合成原子核所释放的能量叫做原子核的结合能,故A选项错误；核结合能除以质量数称为平均结合能,核结合能和平均结合能都是原子核稳定程度的量度,平均结合能越大,核越稳定.但不一定平均结合能越大,故B选项错误；质量中等的核,平均结合能最大约8.6MeV,它们最为稳定,重核的平均结合能要小些,约7.6MeV,故C选项错误,D选项正确.【答案】D伊汪嘉应用1 .以下关于平均结合能的说法正确的选项是()A.核子数越多,平均结合能越大B.核子数越多,平均结合能越小C.结合

11、能越大,平均结合能越大D.平均结合能越大,原子核越稳定【解析】中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大,故A、B、C均不正确.平均结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故D正确.【答案】D核能的计算【问题导思】1 .质量为mkg的物体具有m(2的能量吗？2 .质量和能量在一定条件下可以相互转化吗？3 .质量亏损是质量真正减少了吗？1 .质量亏损科学家研究证实原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和,例如精确计算表明：笊核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些,这种现象叫做质量亏损,质量亏损只有在核反响中才能明显地表现出来.2 .质能方程E=m(2爱因斯坦

12、指出,物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系,即E=mC,式中c为真空中的光速.爱因斯坦质能方程说明：物体所具有的能量跟它的质量成正比.由于c2这个数值十分巨大,因而物体的能量是十分可观的.3 .核能的计算(1)核反响中释放或吸收的能量,可以先计算反响物和生成物的质量差,再用AE=AmC进行计算.(2)运用AE=Am(2时要注意统一单位.(3)Am是核反响前与核反响后的质量之差.特别提醒物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损并不是这局部质量消失或转变为能量,只是静止质量的减少.减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量,在核反响中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律.例氮核质量1

13、4.00753u,氧核质量m)=17.00454u,氨核质量nHe=4.00387u,质子质量1.00815u,试判断核反响74N+；He870+；H是吸能反响,还是放能反应？能量变化多少？【审题指导】由反响物和生成物的质量大小关系来判断反响是吸能反响还是放能反应,能量的多少可以用AE=AmC来计算.【解析】先计算出质量亏损Am,然后由1u相当于931.5MeV能量代入计算即可.反响前总质量为m»+me=18.01140u,反响后总质量为m>+mH=18.01269u.由于反响中质量增加,所以此反响为吸能反响,所吸收的能量为2AE=Amc=(18.01269-18.01140)

14、X931.5MeV=1.2MeV.【答案】吸能反响1.2MeVI规律总结1. 根据AE=Am(2进行计算一般有以下两种方法：Am的单位用千克,c=3xi08m/s,此时能量AE的单位为焦耳；Am的单位为原子质量单位(u),此时AE=Amx931.56MeV.2. 1u=1.6606X1027kg,常用于质量的单位换算.卜汪嘉应电1.6733. 一个锂核(3Li)受到一个质子的轰击,变成两个“粒子.质子的质量是6X1027kg,锂核的质量是11.6505X10-27kg,氨核的质量是6.6466*10-27kg.(1)写出上述核反响的方程；(2)计算上述核反响释放出的能量.(保存3位有效数字)【

15、解析】(1)由质量数和电荷数守恒可得3Li+1HR2；He.(2)核反响的质量亏损Am=mi+m2nl=(11.6505X1027+1.6736X10272X6.6466X1027)kg=3.09X1029kg.释放的能量AE=AmC=3.09X1029x(3X108)2J-12=2.78X10J.【答案】7Li+；HR24He(2)2.78X1012J?例综合解题方略一一结合能和平均结合能关于原子核的结合能与平均结合能,以下说法中正确的选项是A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功B.原子核的结合能等于核子从原子核中别离,外力克服核力做的功C.平均结合能是核子与核子结合成

16、原子核时平均每个核子放出的能量D.不同原子核的平均结合能不同,重核的平均结合能比轻核的平均结合能大【标准解答】原子核中,核子与核子之间存在核力,要将核子从原子核中别离,外力克服核力做功.当自由核子结合成原子核时,核力将做功,释放能量.对某种原子核,平均每个核子的结合能称为平均结合能.不同原子核的平均结合能不同.重核的平均结合能综上所比中等质量核的平均结合能要小,轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小.述,正确选项为AB、C.【答案】ABCT规律总结I,以笊核为例辨析结合能与平均结合能1 .结合能的理解一个中子和一个质子结合为一个笊核,会释放3.51X1013J能量,意味着将笊核内的中子和质

17、子分开,必须克服核力做功3.51X1013J,这就是笊核的结合能.2 .平均结合能的理解笊核内部的核子数Nl=2,所以笊核的平均结合能为差.根本概念核力与核能核能计算核力还平均结合能质量考面质能方程【备课资源】教师用书独具粒子间的相互作用物质世界运动变化多样性的根源在于自然界存在着四种根本相互作用,即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用.强相互作用存在于重子、介子等强子之间的根本相互作用.核子之间的核力是它的一个典型实例.强相互作用是一种短程力,作用范围为10-5m量级,作用强度约为电磁相互作用的102倍.目前,对强相互作用的机制还不清楚.近年来开展的量子色动力学QCD能解释强相

18、互作用的一些问题.这个理论认为强相互作用是通过胶子传递的.实验上已观察到胶子存在的迹象,但还没有直接的证据证实胶子的存在.电磁相互作用这是目前了解得最清楚的一种相互作用,量子电动力学QED可以对它进行精确的计算.电磁相互作用是一种长程力,作用于所有微观或宏观带电或带磁矩的物体之间.大到天体,小到10一8m范围内,理论计算都跟实验事实符合得很好.量子电动力学认为,电磁相互作用是由电磁场的量子一一光子传递的.弱相互作用广泛存在于轻子和轻子间、轻子和强子间、强子与强子间的一种根本相互作用.原子核的3衰变是它的一个实例.弱相互作用也是一种短程力,作用范围比强相互作用还要短,作用强度约为强相互作用的10

19、12倍.弱相互作用是通过质量很重的中间玻色子时和Z0传递的,它们的质量分别为：nw=80.9±1.5GeV,4=95.6±1.4GeV.引力相互作用支配着宏观物体运动变化,例如,天体运动规律的一种长程力.在微观领域里,引力相互作用远远弱于其他三种相互作用,以致实际上无法检验在微观领域里万有引力定律是否仍然正确.例如,根据万有引力定律考虑两个质子间的引力相互作用与它们间的强相互作用的强度之比仅为1038.理论上,传递引力相互作用的量子是引力子.目前,实验上尚未发现引力子的存在寺专双基达标K稳堂蟒生生互也达H双柞"誉露多1 .以下说法中正确的选项是()A.质子与中子的质量不等,但质量数相等8 .两个质子之间,不管距离如何,核力总是大于库仑力C.同一种元素的原子核有相同的质量数,但中子数可以不同D.除万有引力外,两个中子之间不存在其他相互作用力【解析】质子和中子的质量不相等,但差异不大,质量数相等,故A对.核子之间的核力随距离变化而变化,并不总大于库仑力,故B错.同位素之间核电荷数相同,中子数不同,质量数也不同,故C错.核子之间