5.3核力与结合能 教学设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

5.3核力与结合能教案 【教材分析】 (一)教材分析 本节是在学生已经学习了原子核是由质子和中子组成的基础上，探究是什么作用使质子和中子 有机的组成一个稳定的整体。为此首先安排了“核力与四种相互作用”阐明万有引力、电磁力 和核力分别在不同的尺度上发挥作用。在这一部分，充分体现了大胆“猜想”在研究中的作用。 核力是从力的角度认识原子核，结合能是从能的角度认识原子核。 【学情分析】 (一)学情分析 学生已经学习了库仑力，知道同种电荷之间相互排斥，但是质子带正电，是如何紧密结合在 起的。如何从力的角度和能的角度认识原子核，也是学生比较想知道的。同时这一部分的学习， 为后续的裂变和聚变学习打下基础。 【教学日标】 (一)教学目标 物理观念：知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观 念和相关实验。 科学思维：理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、 解决问题的能力。 科学探究：通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。 科学态度与责任：学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣 和责任。 【教学重难点】 (一)教学重难点 原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧 地束缚在一起而不飞散开呢？ 有某种力，把它们紧密的结合在了一起，这就是核力。能够把核中的各种核子联系在一起的强 大的力叫做核力。 质子 中子 【新课导入】 (一)新课导入 提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m,=1.67×1027kg,带电量为元电荷e=1.6×1019C, 原子核的直径的数量级为1015，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍？ (两者相差1036倍)》 提问：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。 【新课讲解】 (一)核力与四种基本相互作用 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。 1.核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力（强相互作用，也叫强力）。 提问：那么核力有怎样特点呢？ 2.核力特点： (1)核力是强相互作用（强力）的一种表现。 (2)核力是短程力，作用范围在1.5×1015m之内。 (3)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。 (4)核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。 3.四种相互作用 (1)万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕恒星转动，并且 联系着星系团，决定了宇宙的现状和未来。 (2)电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。 (3)强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 (4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子一质子转变的原因。弱 相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为1018m,作用强度则比电磁力小。 (一)结合能 结合能 宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大，引力势能转 化为动能最后撞在一起，动能变成它们的内能散失掉了。两个物体为了结合而付出了代价 失去了一些能量，如果要把它们分开，还要重新赋予它们这份能量。 要将原子核拆散成单个核子，也一定需要的能量。 微观模型：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原 子核的结合能 1,结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是 原子核的结合能。 提问：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？ 将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量，将单个核子结合成原子核所要放出的能量。 提问：如何理解结合能？ 当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量 叫做原子核的结合能。 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。 提问：结合能的大小与什么因素有关？ 组成原子核的核子数。 2.组成原子核的核子数越多，结合能越大。 提问：