教科版高中物理选修3-5：《原子核的结合能》课件2-新版

变式训练2 质子、中子和氦核的质量分别为m1、 m2和m3，真空中的光速为c，当质子和中子结合 成氦核时，释放的能量是( ) A．(2m1＋2m2)c2 B．m3c2 C．(m3－2m1－2m2)c2 D．(2m1＋2m2－m3)c2
解析：选D.氦核由两个质子和两个中子结合而 成，结合时总质量减小，质量亏损Δm＝(2m1＋ 2m2－m3)． 释放的能量为：ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2.
第4节 原子核的结合能
课标定位
课前自主学案
第
4
节
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
1．认识原子核的结合能，理解爱因斯坦的质能 方程． 2．能根据质量亏损利用质能方程计算结合能．
课前自主学案
一、原子核的结合能及其计算 1．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__称为原子核的结合能， 它也等于把原子核中的各个核子拆开时 __克__服__核__力______所需做的功． 2．结合能的计算 (1)质量亏损：原子核的静质量与构成它的所有 核子单独存在的总静质量的差． (2)爱因斯坦质能方程：___E_＝__m__c_2 ___，由此式 也可得出ΔE＝Δmc2.
两
个
中
子
和
一
个
质
子
结
合
为
一
个
氚
核
3 1
H(质量是 3.0180 u)时，质量亏损是多少？释
放 的 能 量 是 多 少 ？ (mn ＝ 1.0087 u ， mp ＝
1.0072 u,1 u＝931.5 MeV)
解析：两个中子和一个质子的总量是 m1＝2mn＋mp＝3.0246 u，mH＝3.0180 u Δm＝m1－mH＝0.0066 u 而1 u相当于931.5 MeV, 故 ΔE＝0.0066×931.5 MeV＝6.15 MeV. 答案：0.0066 u 6.15 MeV
核能的计算
例2 已知：氮核的质量 MN＝14.00753 u，氧 17 核的质量为 MO＝17.00454 u，氦核的质量 MHe ＝4.00387 u，氢核的质量为 MH＝1.00851 u. 试判断：147N＋42He―→178O＋11H 这一核反应是吸 收能量还是放出能量？能量变化为多少？
【思路点拨】 解答本题的前提是首先必须判断 核反应过程中，反应前后质量是增加还是减少， 再根据质能方程进行计算．
如一个质子和一个中子结合成氘核的这一过程中， 2.22 MeV的能量是以辐射光子形式放出的，光子 的静质量为零，但这个光子的运动质量为：hν/c2. 由此可见，当计算进光子的质量后，虽说反应前 后发生了质量亏损，这部分亏损恰好与光子的运 动质量是相同的．反应前后的质量仍是守恒量， 质量亏损并非这部分质量消失．当然，也就不存 在质量转变成能量的问题．
二、比结合能曲线
平均结合能曲线 图3－4－1
1．比结合能越大，取出一个核子就越_困__难___， 核 就 越 _稳__定__ ， 比 结 合 能 是 原 子 核 稳 定 程 度 的 _量__度______． 2．曲线中间高两头低，说明中等原子核(A＝ 40～120)的比结合能最大，近似于一个常数(8.6 MeV)，表明中等核最__稳__定___． 3．质量较大的重核(A>120)和质量较小的轻核 (A<40)比结合能都__较__小___，且轻核的比结合能 还有些__起__伏____．
核心要点突破
质量亏损与核能的计算 1．正确认识质量亏损 在谈到结合能和质量亏损时，有的人误认为，当核 子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程 中，是质量变成能量．这是对质能方程的一种误 解．按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当 物体的速度越大时，物体的质量越大．物体运动时 的运动质量与物体静止时的静止质量间存在一定关 系．当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化 很不明显．上述所说的质子、中子、原子核的质量 都是指静质量．质量亏损，是静质量发生了变化．
【精讲精析】 E＝mc2中的E表示物体具有的总 能量，m表示物体的质量，故A说法正确；对于 ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减 小ΔE时，它的质量也会相应地增加或减少Δm， 故B说法正确，只有当出现质量亏损时，才能释 放核能，故C说法正确；公式E＝mc2中，E的质 量为m的物体所对应的能量，而非核反应中释放 的能量，D错误，故选D. 【答案】 D
课堂互动讲练
对质能方程的理解
例1 为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联 合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯 坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的 是( )
A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正 比 B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核 能 C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出 核能，表明此过程中出现了质量亏损 D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能
【自主解答】 反应前总质量MN＋MHe＝18.01140 u，
反应后总质量MO＋MH＝18.01305 u， 可以看出，反应后总质量增加，故该反应是吸收 能量的反应．
吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中 质量亏损1 u，就会释放931.5 MeV的能量，故： ΔE ＝ (18.01305 － 18.01140)×931.5 MeV≈1.5 MeV. 【答案】 吸收能量 1.5 MeV
变式训练1 关于质能方程，下列哪些说法是正 确的( ) A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质 量转化为能量 B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增 加一定值 C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质 能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系 的
解析：选BD.质能方程E＝mc2表明某一定量的 质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得 一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质 量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行 计算，所以B、D正确．
2．核能的计算方法
核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点 问题，其基本方法是：
(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的 质量亏损Δm.
(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计 算核能．
(3)计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦 耳．
即时应用 即时突破，小试牛刀)
Hale Waihona Puke 2．