5.3 核反应　结合能 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

3 核反应　结合能 第五章 原子核与基本粒子 High school physics 理解原子核的结合能和比结合能 02 知道核反应及其遵循的规律，会正确书写核反应方程式 01 重点 认识原子核的质量亏损，并能应用质能方程进行相关计算 03 重难点 衰变是原子核的自发变化，科学家更想人工控制原子核的变化。 如何实现原子核结构的人工转变？ [点击图片 播放视频] 用 α 粒子、质子、中子、光子或高能电子去轰击一些原子核， 可以制造出一些新的元素及新的放射性同位素 公司logo 公司logo 情景导入 01 核反应 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 (1)条件：用α粒子、质子、中子、光子或高能电子轰击原子核 (2)实质：粒子打入原子核内部使核发生了转变 遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒 不是粒子与核碰撞将原子核打开 公司logo 公司logo 核心知识 原子核人工转变的三大发现 (1)1919年卢瑟福用α粒子轰击氮原子核，发现了质子 (2)1932年查德威克用α粒子轰击铍，发现了中子： (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方程 Al＋He→P＋n，Si＋e Be＋He→C＋n N＋He→O＋H 人类第一次实现原子核的人工转变 公司logo 公司logo 核心知识 是用α粒子、质子、中子或γ光子轰击原子核发生的变化 原子核的人工转变 是具有放射性的不稳定核自发进行的变化 衰变 衰变和原子核的人工转变有什么不同？ 公司logo 公司logo 思考与讨论 1.完成下列核反应方程，并指出其中哪个是发现质子的核反应方程，哪个是发现中子的核反应方程。 (1)N+n—→C+____；  (2)N+He—→O+____；  H H 答案　发现质子的核反应方程 (3)B+n—→____+He； (4)Be+He—→____+n； Li C 答案　发现中子的核反应方程 (5)Fe+H—→Co +____。  n 例题 核反应方程书写 核反应过程中一般会发生质量的变化 电荷数守恒、质量数守恒 中间用箭头，不能写成等号 02 01 03 不是质量守恒 N＋He →O＋H 一般不可逆 公司logo 公司logo 总结提升 02 原子核结合能 在一个原子核里，核力将核子紧密结合在一起，例如氘核就是靠核力把一个质子和一个中子结合起来，要把它分离为孤立的质子和中子必须要施力并做功。那么是氘核具有较多的能量，还是氘核分离以后的质子和中子具有较多的能量？ 氘核分离以后的质子和中子具有较多的能量 公司logo 公司logo 观察与思考 原子核的结合能 由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量，非常巨大 这个能量也是把原子核分成核子时吸收的能量 例如，对于核反应： n＋H → γ＋H 反应过程中要放出 2.22 MeV 的能量，这个能量就是H的结合能，它以光子（γ 射线）的形式辐射出去。对比“每个碳原子在燃烧时释放出的化学能不过 4eV”可知，原子核的结合能是非常巨大的 公司logo 公司logo 核心知识 (2)质能方程： ΔE＝Δmc2 质量亏损　质能方程 (1)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象 爱因斯坦狭义相对论关于质量与能量之间联系的方程 质量为m的物体蕴含的能量 E＝mc2 公司logo 公司logo 核心知识 核反应中发生的“质量亏损”说明核反应中质量不守恒，所以核反应前后质量数不守恒，这种认识正确吗？为什么？ 不正确 “质量亏损”并不是质量消失，而是以能量的形式辐射出去 在核反应前后，质量数守恒，是反应中核子总数不变 公司logo 公司logo 思考与讨论 对质能方程E＝mc2的理解 一定的质量总是跟一定的能量相联系。 一定质量的物体具有的总能量是一定的，E不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和 物体的总能量与其质量成正比。 物体质量增加，则总能量随之 增加； 质量减少，总能量也随之减少 ΔE＝Δmc2 核反应过程中发生的质量亏损，并不是消失了，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。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 公司logo 公司logo 提炼与总结 2.氘核是由1个中子和1个质子构成的，它们的静质量可分别取为：mp(质子质量)＝1.672 6×10-27 kg，mn(中子质量)＝1.674 9×10-27 kg，mH(氘核质量)＝3.343 6×10-27 kg，真空中光速c＝3.0×108 m/s， 1 eV＝1.6×10-19 J。试计算中子和质子结合成氘核过程的质量亏损以及氘核的结合能。 质量亏损Δm＝(mp＋mn)－mH＝3.9×10-30 kg 根据质能方程ΔE＝Δm·c2＝3.51×10-13 J≈2.2 MeV 例题 在这一过程中的质量亏损为 Δm＝(mp＋mn)－mH ＝1.672 6×10-27 kg＋1.674 9×10-27 kg－3.343 6×10-27 kg ＝3.9×10-30 kg 根据质能方程可知 ΔE＝Δm·c2 ＝3.9×10-30×(3.0×108)2 J ＝3.51×10-13 J≈2.2 MeV 所以氘核的结合能约为2.2 MeV。 3.(2024·遂宁市高二期末)一个静止的铀核U衰变为钍核，释放出一个α粒子，已知铀核的质量为238.007 u，钍核(其元素符号为Th)的质量为234.038 u，α粒子质量为3.897 u，1 u相当于931.5 MeV的能量，请完成以下问题： (1)写出核反应方程； U→He＋Th (2)求此衰变过程释放的核能为多少MeV？(保留两位有效数字) 质量亏损为Δm＝m铀－m钍－mα＝0.072 u 根据公式ΔE＝Δmc2≈67 MeV 例题 (1)核反应方程为U→He＋Th (2)由题可知m1＝238.007 u ，m2＝234.038 u ，m3＝3.897 u 则质量亏损为Δm＝m1－m2－m3＝0.072 u 根据公式ΔE＝Δmc2 解得释放的核能ΔE≈67 MeV。 核能的计算方法 (1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm (2)根据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ΔE＝Δm×931.5 MeV，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的能量) 公司logo 公司logo 总结提升 03 比结合能曲线 结合能越大原子核是不是越难被拆散？即：结合能的大小能不能反映原子核的稳定程度？如何才能反映原子核的稳定程度？ 比较核子结合成原子核时，平均每个核子所释放的结合能 公司logo 公司logo 观察与思考 比结合能越大，核就越稳定，比结合能是原子核稳定程度的量度 比结合能 把原子核的结合能ΔE除以核子数A，称为原子核的比结合能 也叫平均结合能 比结合能 结合能 核子数 = = 公司logo 公司logo 核心知识 如图所示是不同原子核的比结合能随核子数变化的曲线。 (1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比，比结合能有什么特点？哪种原子核最稳定？ 中等质量的原子核的比结合能较大，原子核最稳定 轻核的比结合能曲线有较大起伏 公司logo 公司logo 思考与讨论 (2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？为什么？ 先将比结合能较小的原子核A拆散为一个个质子和中子吸收能量E1，然后重新组合成新核B，释放能量E2 释放能量 A比结合能较小，核子数不变，故E1<E2，整个过程释放能量 公司logo 公司logo 思考与讨论 4.(2025·眉山市高二期中)如图甲所示为原子核的比结合能与质量数的关系曲线，如图乙所示为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线。下列说法正确的是 A.由甲知He核的结合能约为7 MeV B.由甲知，Kr比U更稳定 C.由乙知，核D裂变成核E和F的过程中，生成的新核E、F的比结 合能减小 D.由乙知，若A、B能结合成C，则结合过程中一定要吸收能量 √ 例题 根据题图甲可知，He核的比结合能约为7 MeV，则He核的结合能约为E＝4×7 MeV＝28 MeV，A错误； 根据题图甲可知，U核的比结合能比Kr核的比结合能小，所以Kr比U更稳定，B正确； 根据题图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，核子的平均质量减少，放出核能，比结合能增大，C错误； 根据题图乙可知，若A、B能结合成C，核子的平均质量减少，结合过程一定要放出能量，D错误。 实质：粒子打入原子核内部使核发生了转变 核反应 核反应 结合能 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 条件：用α粒子、质子、中子、光子或高能电子轰击原子核 比结合能曲线 由分散的核子结合成原子核的过程中所释放出的能量 遵循规律：质量数守恒，电荷数守恒 核反应方程书写 质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象 质能方程： 原子核 结合能 ΔE＝Δmc2 对质能方程的理解 核能的计算方法 比结合能越大，核就越稳定 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $