第3节 核力和核能（教学课件）物理鲁科版选择性必修第三册

5.3 核力与核能 壹 素养目标 (1)知道核力的概念、特点。 (2)知道四种基本相互作用。 (3)理解结合能和平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。 (4)知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，具有与核能相关的能量观念与核力相关的相互作用观念。 conclusion 课堂导入 ONE 问题导入 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? 存在核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力。 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 知识点一　核力与核的稳定性、四种基本相互作用 1.核力与核的稳定性 (1)核力：把原子核中的核子维系在一起的力。 (2)核力特点：①核力是短程力；②核力是一种强相互作用力。 注：核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现，是短程力，核子只与相邻的少数核子有较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用，核力与核子是否带电无关。 (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)。 (5)核的稳定性 ①核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线两侧的区域。 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。 2.四种基本相互作用力 (1).引力相互作用 引力相互作用是自然界中的一种基本相互作用，主要表现为物体之间由于质量差异而产生的相互吸引力。这种相互作用是四种基本相互作用中最弱的一种，但其作用范围广泛，适用于所有具有质量的物体。引力相互作用的核心规律是万有引力定律，这一定律由牛顿在1687年通过《自然哲学的数学原理》一书中提出，描述了物体之间通过引力相互作用的基本原理。 (2).电磁相互作用 自然界的四种基本相互作用之一，简称电磁相互作用。即带电粒子与电磁场的相互作用以及带电粒子之间通过电磁场传递的相互作用。 (3).强相互作用 p n n p p n 原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。强相互作用是短程力：约在10-15m量级时起作用。 (4).弱相互作用力 在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用 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：约在10-18m量级时起作用。 知识点二　结合能与平均结合能 1.结合能：核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。 (1)结合能是指核子结合成原子核放出的能量，也等于将原子核的核子分开时需要的能量。 (2)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。 (3)结合能一词通常只用在原子核中。 2.质量亏损 (1)质量亏损：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)结合能的计算：由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，核子结合成原子核时释放的结合能为ΔE＝Δmc2。 (4)质量亏损Δm的理解 所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以光子的形式辐射出去了。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。 (5)核能计算方法 根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm，再根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。 ①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳。 ②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV。(1 u相当于931.5 MeV) 3.原子核的质量单位 (1)原子核的质量通常会用u表示，1 u＝1.660 5×10－27 kg。 (2)质量亏损1 u释放931.5MeV的核能。 4.平均结合能 (1)定义：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。 (2)意义：平均结合能反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子，原子核越稳定。 (3)重核的平均结合能比中等质量核的要小，轻核的平均结合能比稍重的核的要小。 图线表示原子核的平均结合能(比结合能)与质量数A的关系。 从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小。 conclusion 课堂检测 THREE 1.关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(　　)A.原子核中质子数和中子数一定相等 B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的D.由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍能稳定存在 解析：选D。原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数大，且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定，故A、B、C错误；又由于核力是短程力，以及饱和性的特点，原子核不可能无节制地增大，故D正确。 2.核子结合成原子核的下列说法中，正确的是(　　)A.原子核内的核子间均存在核力 B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力C.当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加D.质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用 解析：选D。由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确。 conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 conclusion 课后作业 FOUR 1.下列关于平均结合能的说法正确的是(　　)A.核子数越多，平均结合能越大B.核子数越多，平均结合能越小C.结合能越大，平均结合能越大D.平均结合能越大，原子核越稳定 解析：选D。由核的平均结合能随质量数的变化图像可知，中等质量核的平均结合能较大，A、B、C错误；而平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，D正确。 解析:选C。因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错误，同理可得B、D错误，C正确。 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 $$