上海科教版高中物理选修3-5课件 核能来自何方课件2

课 堂
易误选 D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量.
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
HK ·物理 选修3-5
课 时
动 探
了质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能
作 业
究
量．故 B 正确．
【答案】 B
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
基
导
达
学
标
在核反应中是释放还是吸收能量，需要确定反应前、后
质量的变化．若质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，
反之吸收能量．由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系，
主
基
导 学
收能量还是放出能量．
达 标
【解析】 根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，
可得12H＋31H→42He＋10X，X 为中子，在该反应发生前反应物
的总质量 m1＝2.0136 u＋3.0180 u＝5.0316 u，反应后产物总
课
堂 互
质量 m2＝4.0026 u＋1.0087 u＝5.0113 u，总质量减少，出现
基 达
学
标
子结合成原子核．
(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中
子间、中子与中子间都可以有核力作用．
课 堂
(5)核力按力的分类上看，属于按性质分的力，而不是按 课
互
动 效果分的力，与重力、弹力、摩擦力一样属于性质力．
时 作
探
业
究
菜单
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课
当
前 自
2．四种相互作用
堂 双
9×108)2 J＝931.5 MeV.
课
堂 互
若 Δm 的单位用“u”，则 ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算，ΔE 课 时
动
探 的单位是“MeV”.
作 业
究
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
一、核力的性质及四种相互作用
导
基 达
学
1．核力
标
(1)核力概念：组成原子核的核子间的很强的相互作用力
当
【解析】 用能量小于等于结合能的光子照射氘核时， 堂
自
双
主 导
氘核一定不能分解，所以 A 正确；用能量等于结合能的光子
基 达
学
标
照射氘核，由动量守恒定律可知也不能使氘核分解，B 错
误．用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，
只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零，所以
课 堂
C 错误，D 正确.
课
堂
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
基
导
一、原子核的结合能
学
达 标
(2011·渭南检测)中子和质子结合成氘核时，质
量亏损为 Δm，相应的能量 ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV 是氘核的结
合能．下列说法正确的是( )
课
堂 互
A．用能量小于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核 课 时
动
探 不能分解为一个质子和一个中子
作 业
究
B．用能量等于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核
可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
菜单
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课
当
前 自
堂
C．用能量大于 2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核 双
主
基
导 学
可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零
量．原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量．核反应中
放出或吸收的能量称为核结合能．
课
堂
平均结合能：原子核的结合能与核子数之比．平均结合 课
互
时
动 探
能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．
作 业
究
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主 导
3．结合能与电离能
基 达
学
标
要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，
X 的质量为 1.0087 u．则下列说法中正确的是( )
A．X 是质子，该反应释放能量
课
堂 互
B．X 是中子，该反应释放能量
课 时
动
探
C．X 是质子，该反应吸收能量
作 业
究
D．X 是中子，该反应吸收能量
菜单
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课
【导析】 根据质量数守恒，电荷数守恒可以确定 X 是 当
前
堂
自 何种粒子，根据反应前后的质量是否亏损，判定核反应是吸 双
需要通过碰撞、赋予光子等途径让它得到 13.6 eV 的能量．这
个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它
课 叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中．
堂
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
三、对质能方程本质的理解
基
导
达
学
标
爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这
两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关
系．对质量亏损，切记不能误解为这部分质量转变成了能
课 量．质能方程的本质是：
堂
课
互 动
1．质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们
时 作
探
业
究 的某一属性(质量和能量)等同起来．
菜单
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课
当
前 自
2．质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立
叫核力．
课
(2)核力是短程力，只在约 2×10－15 m 的极短距离内有核
堂
课
互 动
力的作用，超过这个距离核力就迅速减小到零．由于质子和
时 作
探
业
究 中子的半径约为 0.8×10－15 m，所以每个核子只跟它相邻的
核子间才有核力作用．
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主 导
(3)核力是很强的力，它足以克服质子间库仑斥力，使核
堂 互
核力比库仑力和万有引力大的多．
课 时
动
作
探 究
②核力是短程力，作用距离只有 10－15 m 的数量级，每 业
个核子只能对跟它 邻近 的少数粒子发生显著作用，超过了
作用距离，核力会 迅速减小 到零．
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
基
导 学
二、结合能
达 标
1．结合能概念
核子结合成原子核时 放出 的能量或原子核分解成核
子时 吸收 的能量，叫做该原子核的结合能．
课
堂 互
2．平均结合能
课 时
动 探
原子核的结合能与其 核子数
之比，叫做平均结合能．
作 业
究
菜单
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3．平均结合能与核的稳定性
课
当
前 自
(1)平均结合能的大小能够反映核的稳定程度，平均结合
堂 双
主
基
导 学
能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．
平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故 C 错误，D 正
课
堂 互
确．课 时动探 Nhomakorabea【答案】 AD
作 业
究
菜单
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课
当
前 自
二、质能方程的理解和应用
堂 双
主
基
导 学
某核反应方程为12H＋31H→42He＋X.已知21H 的质
达 标
量为 2.0136 u，13H 的质量为 3.0180 u，42He 的质量为 4.0026 u，
二、正确理解结合能
课
当
前 自
1．核反应伴随能量的变化
堂 双
主
基
导 学
由于核子间存在着巨大的核力作用，所以原子核是一个
达 标
坚固的集体．要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大
的功，需要巨大的能量．一个氘核被拆成一个中子和一个质
子时，需要能量等于或大于 2.2 MeV 的 γ 光子照射．核反应
课
堂 互
时 作
探
业
究 空中的光速．
菜单
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课
当
前
堂
自 主
(3)核能的计算
双 基
导
达
学
原子核释放能量时，要产生质量亏损，根据质能方程 ΔE 标
＝Δmc2 计算核能时，可以先计算质量亏损 Δm，再代入质能
方程求出核能．
课
【特别提醒】 (1)用国际单位制计算时 Δm 的单位是
堂
课
互 动
“kg”，c 的单位是“m/s”，根据 ΔE＝Δmc2 计算，ΔE 的单位
作 业
究
守恒仍成立．
菜单
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课
当
前 自
四、核能的计算
堂 双
主
基
导 学
核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题，
达 标
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.
课
堂 互
2．根据爱因斯坦质能方程 E＝mc2 或 ΔE＝Δmc2 计算核 课 时
动
主
基
导 学
第一种相互作用是万有引力与核力相比，在核力作用的
达 标
范围内万有引力作为其核力的10138，第二种是电磁力与核力
相比，在核力作用的范围内，电磁力约为其核力的1102，第三
课
堂 互
种是原子核内存在的强相互作用的核力，第四种是原子核内
课 时
动
作
探 究
存在的弱相互作用力．
业
菜单
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时 作
探
业
究 是“J”．
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主 导
(2)核物理中常以碳原子质量的 1/12 作为原子质量单位，
基 达
学
标
用“u”表示，1 u＝1.660 6×10－27 kg；由于 1 eV＝1.602 2×10
－19 J，则 1 u 对应的能量为：E＝mc2＝1.660 6×10－27×(2.997
课
互 动
思 与能量的关系、会计算核反应中的能量
时 作
探 究
问题.
业
菜单
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一、核力
课
当
前 自
1．核子
堂 双
主 导
质子 和 中子 统称为核子．
基 达
学
标
2．核力
(1)定义：组成原子核的 核子之间 存在着的一种特殊的
力，这种力叫核力．
课
(2)特点：①核力是 强相互作用力 ，在它的作用范围内，
堂 双
主
基
导 学
了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒
达 标
和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量
可以相互转化．
3．质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的
课
堂 互
相对论，辐射出的 γ 光子静质量虽然为零，但它有动质量，
课 时
动 探
而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量
堂
互
D．平均结合能越大的原子核越稳定
课 时
动
作
探
业
究
菜单
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课
当
前 自
堂
【解析】 由自由核子结合成原子核的过程中，核力做 双
主
基
导 学
正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子它需
达 标
要吸收能量，该能量即为结合能，故 A 正确，B 错误；核子
较多的原子核的结合能越大，但它的平均结合能不一定大，
达 标
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能
都比较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大，中等核
子数的原子核较稳定．
课
堂 互
(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大 课 时
动 探
的原子核时，就可释放核能．例如，一个核子数较大的重核
作 业
究
分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核
结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
4．质量亏损
导
基 达
学
(1)质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量. 标
之差叫做核的质量亏损．
(2)质能方程
课
爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着
堂
课
互 动
密切的联系，其关系是 E＝ mc2 (或 ΔE＝Δmc2)，式中 c 为真
课
互
时
动 探
【答案】 AD
作 业
究
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主
基
导 学
原子核的结合能是核子结合原子核时放出的能量或者原
达 标
子核分解成核子时吸收的能量，不是原子核具有的能量．在
核反应中反应能量变化，吸收还是放出核能的关键在于平均
结合能，与结合能的大小没有必然的联系，由平均结合能小
课
堂 互
课 前 自 主 导 学
课 堂 互 动 探 究
菜单
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当 堂 双 基 达 标
课 时 作 业
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课 前
5．1 核能来自何方
当 堂
自
双
主
基
导
达
学
标
1.知道核力的概念与特点．
课 2．理解结合能的概念，知道核反应中
标 的质量亏损．
课
堂
导 3．掌握爱因斯坦质能方程，理解质量
探 能．
作 业
究
3．计算过程中 Δm 的单位是千克，ΔE 的单位是焦耳．
菜单
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课
当
前
堂
自
双
主 导
4．由于 1 u＝1.660 6×10－27 kg，由 E＝mc2 可得 1 u 相
基 达
学
标
当于 931.5 MeV.
若质量亏损用 u 为单位，则
ΔE＝Δm·931.5 MeV.
的原子核向平均结合能大的原子核变化时会释放核能，反之， 课 时
动 探
由平均结合能大的原子核向平均结合能小的原子核变化时，
作 业
究