第5章 第3节 核力与核能 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版2019）

第3节　核力与核能 核心 素养 导学 物理观念 (1)知道四种基本相互作用，知道核力的性质。 (2)认识原子核的结合能和比结合能的概念。 (3)知道质量亏损和质能方程。 科学思维 能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。 科学探究 结合能、比结合能与原子核的稳定性的关系。 科学态度与责任 关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 一、核力与核的稳定性　四种基本相互作用 1．核力：把原子核中的核子维系在一起的力。 2．核力特点 (1)核力是一种强相互作用。 (2)核力是短程力，作用范围不能从一个原子核延伸到另一个原子核，仅存在两相邻的核子之间。 3．核素：具有一定质子数和中子数的原子核称为核素。 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，所得到的图像称为核素图(如图所示)。 5．核的稳定性 (1)核素的稳定区：稳定的核素几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧的区域。 (2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着质子数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数。 6．四种基本相互作用 二、结合能与平均结合能 1．原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量。 2．质量亏损 (1)定义：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。 (2)结合能计算公式：ΔE＝Δmc2。 3．平均结合能：原子核的结合能与其质量数之比称为该核的平均结合能，又称为比结合能。重核的平均结合能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。 1.质子的质量mp＝1.67×10－27 kg，电荷量q＝1.6×10－19C，相距r＝1.0×10－15m的两个质子。 (1)它们的静电力和万有引力分别多大？ (2)这两个质子能否靠万有引力克服静电力排斥而吸在一起？ 提示：(1)由F＝k和F引＝G，分别求得两个质子的静电力约为F≈2.3×102 N，万有引力约为F引≈1.9×10－34 N。 (2)万有引力远小于静电力，故两个质子不能靠万有引力克服静电力排斥而吸在一起。 2．如图所示为部分原子核的比结合能曲线。 根据曲线判断： (1)原子核的核子数越多，平均结合能越大。(×) (2)质量亏损是因为这部分质量转化为能量。(×) (3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。(×) 3．(1)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？ (2)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？ 提示：(1)没有违反能量守恒定律；减少的这部分能量以γ光子的形式释放出去。 (2)没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于γ光子的动质量。 新知学习(一)|对核力的理解 [任务驱动] 如图为13H和23He的原子核结构示意图。 (1)质子都带正电，质子与质子之间存在着库仑斥力，为什么23He还能稳定地存在？ 提示：核子之间还存在着核力作用。 (2)自然界中存在的元素是有限的，为什么质子与中子不能随意地组合从而形成无数不同的原子核？ 提示：当核子增多时，原子核增大，核子间的距离也增大，当距离较大时，一些核子间可能就没有核力的作用了，这样形成的核不稳定，最终会瓦解。因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核。　　　 [重点释解] 1．核力的性质 (1)核力是四种基本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10－15 m数量级时起作用，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了。距离大于0.8×10－15 m时表现为引力，距离小于0.8×10－15 m时表现为斥力。 (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。核力与核子电荷无关。 2．原子核中质子与中子的比例关系 (1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。 (2)形成原因 ①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。 ②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。 ③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。 3．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)引力相互作用：引力主要在