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1、19. 5 核力与结合能教学目标知识与技能1知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。过程与方法1.通过核力的发现过程，了解“猜想”在科学探究过程中的重要作用；2.通过对稳定核的质子数与中子数的学习，培养分析问题的能力。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能力；2认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。教学重点结合能和比结合能的物理意义教学过程：一、核力与四种基本相互作用20
2、世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的电磁力是万有引力的多少倍？答：质子间的电磁力是万有引力的1035倍是什么作用使质子在原子核内共存？这种作用力有哪些特点？人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？答：是核力；特点：1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子的尺度范围内，核力比库仑力大得多；2）核力是短程力，作用范围在1.510-15m之内。核力大于0.810-15m时表现为吸引力，且随距离的增大而减小，超过1.510-15m核力急剧下降几乎消失；而在0.810-15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起；3）每个核子只跟邻近
3、的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性；小于0.810-15m时核力的变化规律还不清楚。第四种基本相互作用就是弱相互作用，它有何作用？有何特点？答：弱相互作用是引起原子核发生衰变的原因,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10-8m，作用强度比电磁力弱。典例探究例1（A级）.从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和不同之处（1）它们分别涉及四种基本相互作用的哪一种？（2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？二、原子核中质子和中子的比例稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？答：轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数
4、大致相等；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？答：重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。若不断增大原
5、子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？答：不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。三、结合能将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？答：会失去一部分能量，如果要分开，还要赋予它们这份能量。结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？答：结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量。结合能的大小与什么因素有关？为什么？答：组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。什么是比结合能？为什么说
6、比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？答：结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.。因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大。四、质量亏损物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了m，那么它的能量减小多少？答：Emc2 ； E=m c2已知中子的质量mn=1.674910-27kg，质子的质量为mp=1.672610-27kg，氘核的质量mD=3.343610-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？答：质量减小量m=( mp+ m
7、n)- mD=0.003910-27kg；能量减小量E=m c2=3.5110-13J=2.19106eV；结合能E=2.19MeV；比结合能为E/2=1.10MeV。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？答：没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以光子释放出去。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？答：没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于光子的动质量。什么是质量亏损？质量亏损表明什么？答：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。如右图，哪些原
8、子核最稳定，为什么？答：中等大小的核最稳定，因为这些核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大）。若要释放结合能，我们可以怎么做？为什么？答：使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等质量的核；因为使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等质量的核，核子的比结合能都会增加，即核子将发生新的质量亏损，释放新的核能。典例探究例2（B级）.中子和质子结合成氘核，同时释放光子，核反应方程是。下列说法正确的是（ ACD ）A 反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和B 反应前后质量数不变，因而质量不变C 核子结合成核时，一定释放核能D 光子具有的能量为,为核反应中的质量
9、亏损例3(B级). 碳原子质量的1/12叫做原子质量单位，用u表示。试证明1u相当于931MeV。证明： 碳原子的摩尔质量为M=12kg/mol，所以一个碳原子质量为m=M/NA=1.99310-26kg 所以1u=m/12=M/12NA=1.660610-27kg 带入公式E=mc2得： E=1.492410-10J=931MeV 得证学习小结1.知识2.方法 当堂检测1（A级）.假设氢核、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，那么氢核与中子结合成氘核时放出的能量是（ D ）Am3c2 B.(m1+m2)c2 C.(m3-m2-m1)c2 D.(m1+m2-m3)c22（A级）.一个质子和
10、一个中子结合成一个氘核释放2.2MeV的能量，两个中子与两个质子结合成一个氦核时，释放的28.3MeV的能量。现在把两个中子和两个质子先结合成两个氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，那么整个过程中释放的能量为（ D ）A.不知氘核结合成氦核时释放的能量，故无法判断 B23.9MeVC.26.1MeV D.28.3MeV3(B级). 中子和质子结合成氘核时,质量亏损为,相应的能量为是氘核的结合能,下列说法正确的是( A )A.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子C.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能为零D.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能不为零4（B级）.印刷“两弹一星”这四个字样的油墨质量约为1g，与这些质量相当的能量如果完全用力增加重力势能，它可以使一架6000kg、载有60名体重50kg的同学的直升机升到多高？ 4
