3. 核反应 结合能（教学课件）物理教科版选择性必修第三册

Teaching 5.3 核反应 结合能 授课人： 壹 素养目标 (1) 知道核反应遵循的规律，能结合实际核反应写出对应的核反应方程。(2)通过类比引力势能与电势能得到结合能，提高类比分析的能力。 (3)认识比结合能及其曲线，知道引入比结合能的物理意义 conclusion 课堂导入 ONE 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? 课堂导入 猜想：难道是万有引力？ 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 知识点讲解 一、核反应 1、定义：原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 3、规律：质量数和电荷数都守恒 （人类第一次实现原子核的人工转变。 ） 2、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。 ⑴1919 年，卢瑟福发现质子的核反应。 ⑵1932 年查德威克发现中子的核反应。 4、原子核人工转变的三大发现 知识点讲解 ⑶1934 年约里奥·居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应。 I·约里奥·居里，1900～1958 F·约里奥·居里，1897～1956 法国科学家。是P·居里和M·居里的女儿和女婿.由于发现人工放射性而获得1935年诺贝尔化学奖. 相同点：在发生过程中质量数和电荷数都守恒；反应前后粒子总动量守恒 5、人工转变与衰变的比较 不同点： 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;衰变是原子核自发的变化，不受物理化学条件的影响 课堂检测 例1：写出下列原子核人工转变的核反应方程。 （1）俘获1个粒子后放出1个质子 （2）俘获1个粒子后放出1个中子 （3）俘获1个中子后放出1个质子 知识点讲解 F库 中子 质子 质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；万有引力常量G的数量级为10-11，静电力常量k的数量级为109。估算库仑力与万有引力之比？ 原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。 在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。 第三种力——核力 是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。 知识点讲解 二、结合能 1.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。 知识点讲解 2.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。 自由核子形成原子核所释放的能量，或者原子核重新分为自由核子，需要吸收的能量，叫做原子核的结合能。 损失能量 补充能量 思考与讨论 ① 如图5.3-3，氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？ 结合能： 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 知识点讲解 3、质量亏损 1、定义：核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。 （组成原子核的核子的质量之和与原子核的质量之差） 2、爱因斯坦质能方程：E＝mc2 （ΔE＝Δmc2） 物体的能量和质量之间存在密切的联系，他们的关系是： 核子在结合成原子核时要放出能量，出现质量亏损，大小为： 物体质量，随着能量的变化，会发生变化。 E＝mc2 ΔE＝Δmc2 知识点讲解 说明： （1）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）核反应过程中，质量亏损时，核子个数不亏损(即质量数守恒),可理解为组成原子核后，核内每个核子仿佛“瘦了”一些。 （3） 质量亏损并非质量消失，而是减少的质量m以能量形式辐射出去了，因此质量守恒定律不被破坏。 课堂检测 例2：已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能. 单个质子和单个中子的质量和为 ＝mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg 这个数值与氘核质量之差 与这个质量差相对应的能量为 ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J 氘核的比结合能为 解析： 知识点讲解 ②结合能的大小与什么因素有关？结合能越大原子核是不是越难被拆散？ 如何才能反映原子核的稳定程度？ Li-6 U-235 原子核越大 →核子个数越多 →但不能说明它稳定 →结合能越大 知识点讲解 1.定义：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。 2.理解：核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个核子时，外界提供给每个核子的平均能量。 比结合能 结合能 核子数 = 3.意义：它反映了一个原子核稳定程度。比结合能越大，原子核越稳定。 三、比结合能 知识点讲解 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。 4.比结合能曲线： 课堂检测 例3．下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有(　　) A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大 C.重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大 D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 D conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1.完成下列核反应方程式。 课堂检测 2.原子物理中常用一个特殊的质量单位，即“原子质量单位”，符号为u,1u=1.6605x10-27kg。试证明，1u相当于 931.5 MeV 的能量。已知光速c=2.9979x108m/s，元电荷e=1.6022x10-19C。 课堂检测 3.核由4个质子和5个中子构成，已知的质量为 1.6726×10-27kg,的质量为 1.6749×10-27kg,核的质量为 14.9607×10-27kg。计算核的结合能以及它的比结合能。 课堂检测 4.已知两个氘核发生如下的核反应:,根据比结合能曲线,你认为核反应的过程是放出能量还是吸收能量，为什么?如果一个重核(如)可以分裂为两个中等质量的核，反应的过程是放出能量还是吸收能量? 课堂检测 5.历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为 0.5 MeV的质子轰击静止的核，生成两个动能均为8.9 MeV的。(1MeV=1.6x10-13J) (1)写出核反应方程; (2)计算核反应中的质量亏损。 conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 二、结合能 三、比结合能 ①结合能：自由核子形成原子核所释放的能量，或者原子核重新分为自由核子，需要吸收的能量。 ②质量亏损： △E = △mc2 一、核反应 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。 原子核的结合能与核子数之比。 conclusion 课后作业 FOUR 课后作业 添加分层作业链接 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 $$