《2015高中物理 3.4 原子核的结合能 学案（教科版选修3-5）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015高中物理 3.4 原子核的结合能 学案（教科版选修3-5）（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案学案 4 原子核的结合能原子核的结合能学习目标定位 1.理解原子核的结合能的概念.2.知道质量亏损的概念，了解爱因斯坦的质能方程.3.学会根据质能方程和质量亏损的概念进行核能的计算1核力的特点(1)核力是强力，在核的限度内，核力比库仑力大得多(2)核力是短程力(3)核力与电荷无关，质子与质子、质子与中子、中子与中子间的核力是相等的2原子核的结合能：由分散的核子结合成原子核的过程中所释放的能量称为原子核的结合能它也等于把原子核拆散为分散的核子时克服核力所需做的功3比结合能：原子核的结合能与核子数之比，称为原子核的比结合能比结合能越大，核就越稳定4原子核结合能的计算(1)质量亏损：原子核的静质
2、量小于构成它的所有核子单独存在时的总静质量，二者之差称为质量亏损(2)爱因斯坦质能方程：Emc2，其中 c 是真空中的光速，m 是物体的质量，E 是物体的能量(3)结合能计算公式：Emc2.原子核的结合能是非常大的5比结合能曲线由原子核的比结合能曲线可以看出：第一，比结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，比结合能是原子核稳定程度的量度；第二，曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的比结合能最大，近似于一个常数，表明中等质量的核最稳定；第三，质量较大的重核和质量较小的轻核比结合能都较小，且轻核的比结合能还有些起伏.一、结合能和比结合能问题设计1设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并
3、结合成一个氘核质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案 质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量；氘核分解成核子时要吸收能量2如图 1 所示，是不同原子核的比结合能随核子数变化的曲线图 1(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比比结合能有什么特点？比结合能的大小反映了什么？(2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是放出能量？答案 (1)中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子越稳定(2)放出能量要点提炼1结合能：核子结合成原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的
4、能量叫做原子核的结合能2轻核与重核，比结合能都比较小，中等质量的原子核，比结合能较大延伸思考重核分裂为两个质量较小的原子核的过程，是吸收能量还是释放能量？两个轻核结合成质量较大的原子核时，是吸收能量还是释放能量？答案 都释放能量例 1 使一个质子和一个中子结合成氘核时，会放出 2.2 MeV 的能量，则下列说法正确的是( )A用能量小于 2.2 MeV 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用能量等于 2.2 MeV 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，它们的动能之和为零C用能量大于 2.2 MeV 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，
5、它们的动能之和为零D用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析 中子和质子结合成氘核所释放的能量或氘核分解成中子和质子所吸收的能量都相等，即为此反应的结合能，只有光子能量大于或等于结合能，才能使它们分解又因为中子和质子不可能没有速度，所以动能之和不可能为零(若动能之和为零就分不开了)，所以 A、D 正确答案 AD二、核能的计算问题设计1用 粒子轰击铍( Be)核发现中子的核反应方程9 4Be HeC n9 44 212 61 0甲同学说：核反应过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量如下：mBe9
6、.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u(其中 1 u1.660 5661027 kg)，它通过计算发现，反应之后的质量减少了，于是他得出结论：核反应过程中质量消失了这两个同学的说法对吗？如果不对错在哪里？你对质量亏损是如何理解的？答案 甲同学的说法错误核反应过程中质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误质量亏损并不是质量的消失对质量亏损的理解其一，在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量其
7、二，质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的2试计算上述核反应过程中是释放能量，还是吸收能量？能量变化多少？(其中 c3108 m/s)答案 反应前的总质量m1mBem9.012 19 u4.002 6 u13.014 79 u反应后的总质量m2mCmn12.000 0 u1.008 665 u13.008 665 u所以质量亏损 mm1m213.014 79 u13.008 665 u0.006 125 u.放出的能量Emc20.006 125 uc20.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J5.719 MeV.要点提炼1对质能方程和质量
8、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Emc2.(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 u 关系式也写作 Emc2.2核能的计算方法(1)根据 m 计算根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损 m.根据爱因斯坦质能关系式 Emc2计算核能其中 m 的单位是千克，E 的单位是焦耳(2)利用原子质量单位 u 和电子伏特计算明确原子单位 u 和能量单位电子伏特之间的关系1 u1.660 61027 kg,1 eV1
9、.602 1781019 J由 Emc2得 E eV1.660 6 1027 2.997 9 10821.602 178 1019931.5 MeV根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 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 931.5 MeV，即 Em931.5 MeV.其中 m 的单位是 u，E 的单位是 MeV.例 2 “原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊质量单位，符号为 u.已知碳12 原子的质量是 12.000 000 u，一个碳12 原子可以看作是由 6 个氢原子(每个氢原子的质量是1.007 825 u)和 6 个中子(每个中子的质量是
10、1.008 665 u)组成，求碳12 原子核的结合能解析 在计算碳核的质量亏损时，因为与电子的质量有关的部分在相减过程中能消去，所以可以用碳原子的质量代替碳原子核的质量，用氢原子的质量代替质子的质量中子的总质量：6mn61.008 665 u6.051 990 u氢原子的总质量：6mH61.007 825 u6.046 950 u中子和氢原子的质量和：6mn6mH12.098 940 u碳12 原子的质量：mC12.000 000 u质量亏损：m0.098 940 u碳12 核的结合能 Emc20.098 940931.5 MeV92.2 MeV.答案 92.2 MeV1对结合能、比结合能的
11、认识，下列说法正确的是( )A一切原子核均具有结合能B自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C结合能越大的原子核越稳定D比结合能越大的原子核越稳定答案 D解析 氢原子核只有一个质子，无结合能，结合能并不是原子核所具有的能量，故 A 错；自由核子结合为原子核时，放出能量，故 B 错；比结合能越大的原子核越稳定，故 C 错，D对2有一种核反应为： H H HX.已知 H 的质量为 2.013 6 u， H 的质量为 1.007 3 2 12 11 12 11 1u，X 的质量为 3.018 0 u则下列说法正确的是( )AX 是质子，该反应吸收能量BX 是氕，该反应吸收能量CX 是氘，该反应释放能量
12、DX 是氚，该反应释放能量答案 D解析 根据核反应过程中的质量数、电荷数守恒，X 应为氚；又 22.013 6 u3.018 0 u1.007 3 u，所以核反应过程中存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程可知该反应释放能量因此 D 正确3一个铀核衰变为钍核时释放出一个 粒子，已知铀核的质量为 3.853 1311025 kg，钍核的质量为 3.786 5671025 kg， 粒子的质量为 6.646 721027 kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_J(结果保留两位有效数字)答案 8.71013解析 因为 mmUmThm3.853 1311025 kg3.786 5671025 kg6.64
13、6 721027 kg9.71030 kg故 Emc29.71030(3108)2 J8.71013 J4镭核Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn.已知镭核 226 质量为 226.025 4 u，氡2268822286核 222 质量为 222.016 3 u，放出粒子的质量为 4.002 6 u.(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量答案 (1)RaRn He (2)6.05 MeV22688222864 2解析 (1)核反应(衰变)方程为RaRn He.22688222864 2(2)镭核衰变放出的能量为 Emc2(226.025 44.002 6222.016 3)931.5 MeV6.05 MeV.
