5.1 核能来自何方 教学设计-2022-2023学年高二下学期物理沪教版选修3-5

教学设计 章节 5.1 课时数 1 主备人 课题 5.1核能来自何方 第 1 课时 执行时间 2023.05 教学设计序号 授课类型 新授 授课方法 启发互动 教具 希沃白板 课标要求 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．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损； 教学 目标 分析 （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。 教学重点 教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 教学难点 教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 教学过程设计（含学法指导内容） 教学内容 学生活动 二次备课 创设问题情境： 提问1：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。 思考讨论 探索开发新结论： 情景1 1、核力与四种基本相互作用 提示：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。 基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。 提问1：那么核力有怎样特点呢？ 1）核力特点： 第一、核力是强相互作用(强力)的一种表现。 第二、核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。 第三、核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。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）四种基本相互作用力： 弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用： ①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力； ②强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力；③电磁力：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，使原了结合成分子，使分子结合成液 体和固体→长程力； ④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是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→长程力 。 情景二：3、结合能 由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。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γ光子照射氘核，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2.22MeV时，这个反应才会发生。相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV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。 原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它的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。 那么如何求原子核的结合能呢？爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系，指出了求原子核的结合能的方法。 情景三：核电站 .4、质量亏损 （1）质量亏损 科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘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应中才能明显的表现出来。 回顾质量、能量的定义、单位，向学生指出质量不是能量、能量也不是质量，质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。 （2）爱因斯坦质能方程： E＝mc2 相对论指出，物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系，即E＝mc2式中， c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：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）核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△m c2 物体贮藏着