第5章 第3节 核反应 结合能 （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（教科版2019）

第3节　核反应　结合能 核心素养导学 物理观念 (1)知道人工转变、核反应及核反应方程的书写。 (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、核反应 1．人工转变：人类历史上第一次实现原子核结构的人工转变：He＋N―→O＋H。 2．核反应：原子核与原子核，或者原子核与其他粒子相互作用产生新核的过程。 3．在核反应中，质量数和电荷数都守恒。 二、原子核结合能 1．原子核的结合能：分散的核子结合成原子核的过程中所释放的能量。 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＝Δm·c2。 3．爱因斯坦质能方程：E＝m·c2。 三、比结合能曲线 1．比结合能：原子核的结合能ΔE与其核子数A之比称为该核的比结合能，又称为平均结合能。 2．比结合能曲线 (1)表示原子核的比结合能随核子数变化的情况。 (2)曲线特点：“中间高两头低”说明中等质量的原子核的比结合能较大。,1.(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。 2．如图所示为部分原子核的比结合能曲线。 (1)图中比结合能最小的是什么原子核？说明什么问题？ 提示：是氘原子核，说明氘原子核不稳定。 (2)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？ 提示：随着质量数的增加，比结合能曲线整体上先增大再减小，中等大小核的比结合能最大、最稳定。 新知学习(一)|原子核的人工转变和核反应方程 [重点释解] 1．核反应的条件 用α粒子、质子、中子，甚至用γ光子轰击原子核使原子核发生转变。 2．核反应的实质 用粒子轰击原子核并不是粒子与核碰撞将原子核打开，而是粒子打入原子核内部使核发生了转变。 3．原子核人工转变的三个典型核反应 (1)1919年卢瑟福发现质子的核反应： N＋He―→O＋H。 (2)1932年查德威克发现中子的核反应： Be＋He―→C＋n。 (3)1934年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应： Al＋He―→P＋n；P―→Si＋e。 4．人工转变核反应与衰变的比较 不同点 原子核的人工转变是一种核反应，是其他粒子与原子核相碰撞的结果，需要一定的装置和条件才能发生，而衰变是原子核的自发变化，它不受物理和化学条件的影响 相同点 人工转变与衰变过程一样，在发生过程中质量数与电荷数都守恒，反应前后粒子总动量守恒 [典例体验] [典例]　1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt。制取过程如下： (1)用质子轰击铍靶Be产生快中子； (2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种： ①生成Pt，放出氦原子核； ②生成Pt，同时放出质子、中子。 (3)生成的Pt发生两次衰变，变成稳定的原子核汞Hg。 写出上述核反应方程。 [解析]　根据质量数守恒，电荷数守恒，确定新生核的电荷数和质量数，然后写出核反应方程。如下： (1)Be＋H―→B＋n。 (2)①Hg＋n―→Pt＋He。 ②Hg＋n―→Pt＋2H＋n。 (3)Pt―→Au＋e；Au―→Hg＋e。 [答案]　见解析 /易错警示/ 写核反应方程时应注意以下三点 (1)核反应过程一般都是不可逆的，核反应方程不能用等号连接，只能用单箭头表示反应方向。 (2)核反应方程应以实验事实为基础，不能凭空杜撰。 (3)核反应过程和衰变现象都遵循电荷数和质量数守恒。质量数守恒不是质量守恒，核反应过程中一般会发生质量的变化。 　　 [针对训练] 1．硼(B)中子俘获治疗是目前最先进的癌症治疗手段之一。治疗时先给病人注射一种含硼的药物，随后用中子照射，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂(Li)离子。这个核反应的方程是(　 ) A.B＋n―→Li＋He B.B＋He―→N＋n C.N＋He―→O＋H D.N＋n―→C＋H 解析：选A　由题知，硼俘获中子后，产生高杀伤力的α粒子和锂(Li)离子，而α粒子为氦原子核，则这个核反应方程为B＋n―→Li＋He，故选A。 2．如图所示是原子核人工转变实验装置示意图，A是α粒子源，F是铝箔，S是荧光屏，在容器中充入氮气后，屏S上出现闪光，该闪光产生的原因是(　 ) A．α粒子射到屏S上产生的