新教材同步系列2024春高中物理第五章原子与原子核第三节核力与核反应方程课件粤教版选择性必修第三册

第五章原子与原子核第三节核力与核反应方程学习目标1．掌握原子核的组成，知道核子与质子、中子关系(重点)2．掌握质量数、电荷数和核子数间的关系(重点)3．知道核力及四种基本相互作用的概念和特点(重点)4．理解结合能和比结合能的概念，知道核反应中的质量亏损(重点)5．知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能进行基本的核能计算(重难点)学法与考法学法：①通过对原子核组成的认识，培养自学和归纳能力；②通过掌握质量数、电荷数和核子数间的关系，树立辩证唯物主义的科学观和世界观；③通过学习四种基本相互作用及其特点，初步了解相互作用统一的思想和在物理学发展中探索的作用；④通过结合能和比结合能的学习，理解核反应中的质量亏损；⑤通过爱因斯坦质能方程的学习，增强理解能力、推理能力及数学计算能力考法：①考查对原子核组成的认识及质量数、电荷数和核子数间的关系；②对核力、结合能和比结合能理解的考查；③对质量亏损和质能方程的考查；④对核能的计算的考查知识导图课前·

自主预习1．质子的发现1919年，________用镭放射出的α粒子轰击氮原子核，从氮核中打出了一种新的粒子，测定了它的电荷和质量，确定它是氢原子核，叫作________，用______或________表示，其质量为mp＝______________．2．中子的发现(1)卢瑟福的预言：原子核内可能还有一种________的粒子，名字叫中子．原子核的组成卢瑟福质子p1.67×10-27kg不带电(2)查德威克的发现：用实验证实了中子的存在，用________表示，中子的质量非常接近质子的质量．3．原子核的组成(1)核子数：质子和中子质量差别非常微小，二者统称为核子，所以________数和________数之和叫核子数．(2)电荷数(Z)：原子核所带的电荷总是质子电荷的________倍，通常用这个整数表示原子核的电荷量，叫作原子核的电荷数．n质子中子整数(3)质量数(A)：原子核的质量等于核内__________和________的质量的总和，而质子与中子的质量几乎相等，所以原子核的质量几乎等于单个核子质量的整数倍，这个倍数叫作原子核的____________．(4)质子中子质量数质子数中子数质子数原子核的核子数等于质子数吗？质量数就是原子核的质量吗？【答案】原子核的核子数等于质子数与中子数之和．原子核的质量等于原子中质子和中子的质量之和；质量数是将原子内所有质子和中子的相对质量取近似整数值相加而得到的数值．微思考【答案】B1．核反应的四种类型：________、人工转变、裂变和________．2．核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．3．核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．4．核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，核反应过程中反应前后的总质量一般会发生变化．5．核反应遵循电荷数和质量数守恒．核反应方程衰变聚变1．核力原子核内________之间的相互作用力．2．核力的特点(1)核力是____________的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在__________m之内．(3)核力的饱和性：每个核子只跟______________发生核力作用．核力与四种基本相互作用核子强相互作用1.5×10-15相邻的核子3．四种基本相互作用原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的吗？【答案】不是，是核力．微思考下列关于核力的说法正确的是 (

)A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内D．核力与电荷有关【答案】C【解析】核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m之内，超过1.5×10-15

m，核力急剧下降，几乎消失，C正确．核力与万有引力、电磁力不同，A、B错误．核力与电荷无关，D错误．1．结合能原子核是________凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要________，这就是原子核的结合能．2．比结合能原子核的结合能与________之比，称作比结合能，也叫________结合能．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越____________，中等大小的原子核的比结合能最大，最稳定．结合能核子能量核子数平均牢固、稳定3．质能方程物体的能量与它们质量的关系是E＝________.4．质量亏损原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象．mc2小于核子结合成原子核时是放出能量还是吸收能量？结合能越大，原子核越稳定吗？【答案】核子结合成原子核时是放出能量．比结合能越大，原子核越稳定．微思考【答案】A课堂·

重难探究2．基本关系核电荷数＝质子数(Z)＝元素的原子序数＝核外电子数，质量数(A)＝核子数＝质子数＋中子数．3．同位素原子核内的质子数决定了核外电子的数目，进而也决定了元素的化学性质．同种元素的原子，质子数相同，核外电子数也相同，所以有相同的化学性质，但它们的中子数可能不同，所以它们的物理性质不同．对原子核的组成的理解【答案】BC原子核的“数”与“量”辨析1．核电荷数与原子核的电荷量是不同的，组成原子核的质子的电荷量都是相同的，2．原子核内质子和中子的总数叫作核的质量数，原子核的质量等于质子和中子的质量的总和．1．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用(1)引力相互作用，万有引力主要在宏观尺度上起到明显作用．万有引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状．万有引力是长程力．(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体．探究核力与四种基本相互作用(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力．(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小．2．核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．(2)核力是短程力．约在10-15m数量级时起作用，距离大于0.8×10-15

m时为引力，距离小于0.8×10-15m时为斥力，距离为10×10-15m时核力几乎消失．(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．(4)核力具有电荷无关性．对核力的理解例2下列对核力的认识正确的是 (

)A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10-15m内的核子之间，大于0.8×10-15m为吸引力，而小于0.8×10-15m为斥力【答案】D【解析】由核力的特点知道，只有相距1.5×10-15m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，D正确，A、B、C错误．变式2下列说法正确的是 (

)A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核要释放核能B．重核发生裂变时需要吸收能量C．核力是核子间的万有引力和库仑力的合力D．中子与中子之间的核力一定大于中子与质子间的核力【答案】A【解析】比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时，总结合能增加，因此要释放核能，A正确；重核裂变时有质量亏损，释放能量，B错误；核力是核子间的强相互作用力，C错误；核力是短程力，与核子间的距离有关，由于距离未知，则中子与中子之间的核力不一定大于中子与质子间的核力，故D错误．记忆核力特点的技巧1．核子包括质子和中子，而中子不带电，所以核力与电荷无关．2．原子核非常小，所以核力属于短程力．3．质子间的核力比库仑力大得多，属于强相互作用力．1．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定．探究结合能和质量亏损(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．2．对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程．质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E＝mc2.(2)质量亏损．质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2.3．核能的计算方法(1)根据质量亏损计算．①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算．根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.对结合能和比结合能的理解例3

(2023年南宁检测)原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有 (

)【答案】C【答案】B1．比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定．2．结合能ΔE＝nE由核子数和比结合能共同决定．3．中等质量的原子核的比结合能较大，因而中等质量的原子核较稳定．对质量亏损和质能方程的理解例4

(多选)关于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法正确的是 (

)A．虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不改变的B．理论上用该公式能计算手电筒向外释放一定能量的光所减少的质量C．若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示核反应释放的核能D．地球不断地吸收太阳辐射的能量，因此地球的总质量可能不断地增大【答案】BD【解析】太阳释放出大量能量，质量减小，A错误；理论上该公式能计算手电筒向外释放一定能量的光所减少的质量，B正确；若m表示核电站参与反应的铀235的质量，则E表示其具有的能量，不表示核反应释放的核能，C错误；若地球向外辐射的能量小于从外界获得的能量，那么地球的质量将不断增大，D正确．【答案】D质能方程反映了质量与能量的对应关系，物体的能量跟其质量成正比，即一定的能量必定对应着一定的质量，质量不能转化为能量．核能的计算例5

(2023年全国卷)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献．由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J．假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s) (

)A．1019kg B．1024kgC．1029kg D．1034

kg【答案】C【答案】B1．计算过程中Δm的单位是kg，ΔE的单位是J.2．若Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV，可直接利用公式ΔE＝Δm×931.5MeV来计算核能．小练·

随堂巩固1．科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用．我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上属于 (

)A．引力相互作用B．电磁相互作用C．强相互作用和弱相互作用的共同作用D．四种基本相互作用的共同作用【答案】B【解析】分子力作用范围约在10-10m数量级上，强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10-15m和10-18m之内，在这个距离上分子力不存在．在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用．2．下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是

(

)A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【答案】C【解析】维系原子核稳定的力是核力，核力可以表现为相邻核子间的相互吸引力，又可以表现为排斥力，A错误；核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力远比库仑力大，B错误；比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能，故C正确；根据质能方程可知，自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，故D错误．3．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是 (

)A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm【答案】ABD【解析】一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，C错误．4．如图所示是原子核的核子平均质量A与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是 (

)A．若D、E能结合成F