物理：新人教版选修3-5 19.5核力与结合能(教案)
高中物理新课标版人教版选修3-5精品课件：19.5《核力与结合能》(PPT课件可以编辑)
为什么会这样呢？
核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着 距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减 小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距 较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑 力，这个原子核就不稳定了。这时，如果不再成 对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子 没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维 系原子核的稳定。由于这个原因，稳定的重原子 核里，中子数要比质子数多。
三、结合能 由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成 原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量 变化．
例如：
1 0 2 1
n H H
1 1 2 1
H H n
1 1 1 0
可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量； 原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能 量叫做原子核的结合能．
3. 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产
生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
除核力外原子核内还存在 弱相互作 用（弱力） 弱力是引起中子－质子转变的原因
弱相互作用也是短程力，力程比强力 更短，为10－18m，作用强度则比电磁 力小。
二、原子核中质子与中子的比例
自然界中较轻的原子 核，质子数与中子数 大致相等，但对于较 重的原子核，中子数 大于质子数，越重的 元素，两者相差越多。
质量小于组成原子核的核子的质量之和，
叫做质量亏损。
爱因斯坦质能方程
2 E=mc
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm， 正表明它们在互相结合过程中放出了能量 ΔE=Δm· c2
课堂练习:
试证明，1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能 量．1u=1.6606×-27kg，光速c=2.9979×108m/s， 1eV=1.6022×10-19J．
物理：新人教版选修3-5 19.5核力与结合能(教案)
第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成，知道放射性和原子核的衰变，会用半衰期描述衰变速度,知道半衰期的统计意义，（2）了解放射性同位素的应用，知道射线的危害和防护，例1 了解放射性在医学和农业中的应用，例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性,了解相关的国家标准，（3）知道核力的性质，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因，会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程，（4）认识原子核的结合能，知道裂变反应和聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展，（5）知道链式反应的发生条件，了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式，（6）通过核能的利用,思考科学技术与社会的关系，例3 思考核能开发带来的社会问题，（7）初步了解恒星的演化，初步了解粒子物理学的基础知识，例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用，2．活动建议：（1）通过查阅资料,了解常用的射线检测方法，（2）观看有关核能利用的录像片，（3）举办有关核能利用的科普讲座，新课程学习19．5 核力与结合能★新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3．理解结合能的概念,知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程,理解质量与能量的关系，（二）过程与方法1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力，（三）情感、态度与价值观1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义，★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解，★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系，★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流，★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等，★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子,质子质量为m p=1.67×10-27kg,带电量为元电荷e=1.6×10-19C,原子核的直径的数量级为10-15m,那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里,带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍,那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力,把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容,也就是第五节：核力与结合能(板书)点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发,比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小,产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念，（二）进行新课1．核力与四种基本相互作用(板书)点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力,另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)，在相同的距离上,这两种力的强度差别很大，电磁力大约要比万有引力强1036倍，基于这两种力的性质,原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的，核物理学家猜想,原子核里的核子间有第三种相互作用存在,即存在着一种核力,是核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核,后来的实验证实了科学家的猜测.问：那么核力有怎样特点呢?学生：阅读教材核力的特点部分,讨论、总结并回答核力特点：（1）核力是强相互作用(强力)的一种表现，（2）核力是短程力,作用范围在1.5×10-15 m之内，（3）核力存在于核子之间,每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性，教师总结：除核力外,核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力),弱相互作用是引起原子核β衰变的原因,即引起中子转变质子的原因，弱相互作用也是短程力,其力程比强力更短,为10-18m,作用强度则比电磁力小，点评：通过学生自主学习培养学生的自学能力,同时通过讨论激发学习兴趣，教师讲述：四种基本相互作用力弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力②强力（强相互作用）：在原子核内,强力将核子束缚在一起→短程力③电磁力：电磁力在原子核外,电磁力使电子不脱离原子核而形成原子,使原了结合成分子,使分子结合成液体和固体，→长程力④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”，是引力使行星绕着恒星转,并且联系着星系团,决定着宇宙的现状，→长程力学生：阅读课本左边的阅读内容总结自然界的四种基本相互作用力及它们的作用范围，2．原子核中质子与中子的比例教师：随着原子序数的增加,稳定原子核中的中子数大于质子数，引导学生阅读教材原子核中质子与中子的比例部分及挂图,思考两个问题：随着原子序数的增加,稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系？学生回答：随着原子序数的增加,较轻的原子核质子数与中子数大致相等,但对于较重的原子核中子数大于质子数,越重的元素,两者相差越多，引导学生阅读教材思考为什么随着原子序数的增加,稳定原子核中的中子数大于质子数?点评：提示学生从电磁力和核力的作用范围去考虑，总结：若质子与中子成对地人工构建原子核,随原子核的增大,核子间的距离增大,核力和电磁力都会减小,但核力减小得更快，所以当原子核增大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定了；若只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定,所以稳定的重原子核中子数要比质子数多，由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会大到其间恨本没有核力的作用,这时候再增加中子,形成的核也一定是不稳定的，因此只有200多种稳定的原子核长久地留了下来，3．结合能由于核子间存在着强大的核力,原子核是一个坚固的集合体，要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,,或者需要巨大的能量，例如用强大的γ光子照射氘核,可以使它分解为一个质子和一个中子，从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV时,这个反应才会发生.相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核,要放出2.22MeV的能量，这表明要把原子核分开成核子要吸收能量,核子结合成原子核要放出能量,这个能量叫做原子核的结合能.原子核越大,它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能，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.点拨：那么如何求原子核的结合能呢?爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系,指出了求原子核的结合能的方法，4．质量亏损（1）质量亏损讲述：科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等,例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些,这种现象叫做质量亏损,质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来.让学生回顾质量、能量的定义、单位,向学生指出质量不是能量、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，点评：质量亏损与质量与能量的关系是本节的难点，学生很容易从字面上得出错误结论：①质量就是能量、能量就是质量,质量可以转化能量, 能量可以转化质量，②在核反应中不遵守质量守恒定律、能量守恒定律;（2）爱因斯坦质能方程：E＝mc2讲述：相对论指出,物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系,即E＝mc2式中, c为真空中的光速，爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比，由于c2这个数值十分巨大,因而物体的能量是十分可观的，（3）核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△m c2讲述：物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的,但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出,物体的能量变化△E与物体的质量变化△m的关系：△E=Δmc2.单个的质子、中子的质量已经精确测定，用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量,与同等数量的质子、中子的质量之和相比较,看一看两条途径得到的质量之差,就能推知原子核的结合能，点评：向学生指出以下几点：①物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损指的是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量，②质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量的减少，③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律;④质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度，点拨：师生共同阅读原子核的比结合能挂图,指出中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大),这些核最稳定，另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核,或者把较小的核合并成中等大小的核,核子的比结合能都会增加,这样可以释放能量供人使用，（巩固练习）已知1个质子的质量m p=1.007 277u,1个中子的质量m n=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 这里u表示原子质量单位,1 u=1.660 566×10-27 kg. 由上述数值,计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量，（28.3MeV）学生：学习课本例题,做巩固练习,加深对质量亏损、原子核的结合能及比结合能的理解（三）课堂小结根据爱因斯坦质能方程自然界中物体的质量和能量间存在着一定对应关系：E=mc2,可见物质世界贮藏着巨大能量,问题是如何使贮藏的能量释放出来，人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能，在发生化学反应时,是原子外层电子的得失,这种情况下人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”，在核反应时,可以产生较大一些的质量亏损,从而使人类获得了大得多的能量,这里的变化属于原子核的变化,相应的能量称作原子核能，换句话说,即物体贮藏的能量是巨大的，迄今为止,人类所利用的能量还只是很小的一部分,如果人类在探索中能掌握新的方式,以产生更大的质量亏损,也就必然能够获得更为可观的能量, 这对解决人类的能源危机具有重要意义，（四）作业：1、理解原子核的结合能的概念；理解质量与能量的区别及它们之间的对应关系；2、完成课本后面的练习1、2、3、4★教学体会思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木，学生素质的培养就成了镜中花,水中月，。
高中物理 19.5核力与结合能(探究导学课型)课件 新人教版选修3-5
提示:(1)×。核力是短程力,并且在大于0.8×10-15m而小于 1.5×10-15m时表现为引力,在小于0.8×10-15m时表现为斥力。 (2)√。核力是短程力,只发生在相邻的核子之间,这种性质称为 核力的饱和性。 (3)×。较大的原子核含有的中子数大于质子数。 (4)×。质量不能转化为能量,能量也不能转化为质量,质量只是 物体具有能量多少及能量转变多少的量度。
3.原子核中任意两个核子之间都存在核力吗? 提示:不是。核力是短程力,只有相邻的两个核子之间才存在核 力。 4.是否只有带电的质子之间存在核力,而中子之间不存在核力 呢? 提示:不是。核力与核子是否带电无关,质子与质子之间,质子与 中子之间、中子与中子之间都可以有核力作用。
5.四种基本相互作用各有什么特点? 提示:(1)强相互作用(强力):在原子核内,强力将核子束缚在一起, 是短程力。 (2)弱相互作用(弱力):弱相互作用是引起原子核β衰变的原因, 也是短程力。
2.原子核中的核子为什么能紧紧地束缚在一起,既不融合为一 体又不分散开? 提示:核力是短程力,约在10-15m数量级时起作用,当距离大于 0.8×10-15m时为引力,距离小于0.8×10-15m时为斥力,距离为 10×10-15m时核力几乎消失。所以在核力作用下,原子核内的 核子既不能远离散开又不致因为太近而融合为一体。
3.质量亏损: (1)爱因斯坦质能方程_E_=_m_c_2。 (2)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。
1.判一判: (1)核力同万有引力一样总是相互吸引的。 ( ) (2)核力只发生在相邻的核子之间。 ( ) (3)较大的原子核中含有质子和中子的个数基本相同。( ) (4)质量可以转化为能量,能量也可以转化为质量。 ( )
高中物理第十九章原子核5核力与结合能学案新人教版选修3_5
5 核力与结合能一、核力与四种基本相互作用1．什么是核力组成原子核的核子之间有很强的相互作用力,使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起,这种力称为核力．2．核力是短程力核力是一种强相互作用力,在它的作用范围内比库仑力大得多；核力是一种短程力,作用范围仅局限于1.5×10－15 m,在大于0.8×10－15 m时表现为引力,超过1.5×10－15 m时,核力急剧下降为零；而距离小于0.8×10－15 m时,核力表现为斥力．3．核力的饱和性每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用．原子核是由中子和质子组成的,在原子核狭小的空间里,带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？提示：组成原子核的相邻核子间存在着核力．二、原子核中质子与中子的比例1．轻原子核自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致相等．2．重原子核对于较重的原子核,中子数大于质子数,越重的元素,两者相差就越大．三、结合能1．结合能把原子核分解为独立的核子,需要克服强大的核力做功,因此需要吸收的能量或核力把核子结合在一起放出的能量,称为原子核的结合能．2．比结合能结合能与核子数之比称为比结合能．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．四、质量亏损1．质量亏损核反应前与反应后的总质量之差称为质量亏损．2．爱因斯坦质能方程E＝mc2.3．核能的计算ΔE＝Δmc2,其中Δm是质量亏损．有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种认识对不对？提示：不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变,只是核子组成原子核时,仿佛变“轻”了一些,原子核的质量总是小于其全部核子质量之和,即发生了质量亏损,核子的个数并没有变化．考点一对质能方程和质量亏损的理解1．质能方程E＝mc2的理解(1)质能方程说明,一定的质量总是跟一定的能量相联系的．具体地说,一定质量的物体所具有的总能量是一定的,等于光速的平方与其质量之积,这里所说的总能量,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．(2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下,公式中各量都应取国际单位．但在微观领域,用国际制单位往往比较麻烦,习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位．(3)根据质能方程,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,这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.2．质量亏损Δm的理解所谓质量亏损,并不是质量消失,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．【例1】下列说法中,正确的是( )A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知,能量与质量之间存在着正比关系,可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D．因为在核反应中能产生能量,有质量的转化,所以系统只有质量数守恒,系统的总能量和总质量并不守恒根据E＝mc2中E与m的对应关系分析．【答案】 B【解析】E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系,即能量与质量之间存在着正比关系,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A项错误,而B项正确．核反应中的“质量亏损”并不是质量消失,实际上是由静止的质量变成运动的质量,并不是质量转变成能量,故C项错误．在核反应中,质量守恒,能量也守恒,在核反应前后只是能量的存在方式不同,总能量不变,在核反应前后只是物质由静质量变成动质量,故D项错误．故选B.总结提能本题易错选为A、D.错误分析：认为质能方程E＝mc2反映的物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化,故认为A项正确．由于在核反应中有能量产生且有质量亏损,就错误地认为有质量的转化,认为在反应前后总能量不守恒,总质量亦不守恒,故认为D项正确．(多选)关于质能方程,下列说法正确的是( BD )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．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的解析：质能方程E＝mc2表明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．考点二结合能的计算1．根据质量亏损计算其步骤如下：(1)根据核反应方程,计算核反应前和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．2．利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算(1)明确原子质量单位u和电子伏特间的关系：因为1 u＝1.660 6×10－27 kg,则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J≈1.49×10－10 J.又1 eV＝1.6×10－19 J,则E＝1.49×10－10 J＝931.25 MeV.(2)根据(1),原子质量单位(u)相当于931.25 MeV能量,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.25 MeV,即ΔE＝Δm×931.25 MeV.3．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,在题给条件中没有涉及质量亏损,或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下,从动量和能量守恒可以计算出核能的变化．5．应用阿伏加德罗常数计算核能若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量,应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便．(1)根据物体的质量m 和摩尔质量M 由n ＝m M求出物质的量,并求出原子核的个数：N ＝N A n ＝N A m M.(2)由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E 0(或直接从题目中找出E 0)．(3)再根据E ＝NE 0求出总能量．【例2】 镭核22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核22286Rn.已知镭核226质量为226.025 4 u,氡核222质量为222.016 3 u,放出粒子质量为4.002 6 u.(1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量．根据电荷数守恒和质量数守恒书写核反应方程,根据质量亏损计算核能． 【答案】 (1)22688Ra ―→22286Rn ＋42He (2)6.05 MeV 【解析】 (1)核反应(衰变)方程为：226 88Ra ―→222 86Rn ＋42He.(2)镭核衰变放出的能量为：ΔE ＝Δm ·c 2＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.25 MeV ≈6.05 MeV.总结提能 ①计算核能时,可以直接由质能方程求出,也可由与1 u 相当的能量求出,方法由已知条件而定．②计算质量亏损时,可以用给出的原子质量去计算核的质量亏损．已知氮核质量M N＝14.007 53 u,氧核的质量M O＝17.004 54 u,氦核质量M He＝4.003 87 u,氢核质量M H＝1.008 15 u.试判断：14 7N＋42He―→17 8O＋11H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？答案：吸收能量 1.2 MeV解析：反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u,反应后总能量：M O＋M H＝18.012 69 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＝Δm·c2来计算,若反应过程中质量增加1 u,就会吸收931.25 MeV 的能量,则ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.25 MeV≈1.2 MeV.1．下列关于对核力的认识,正确的是( D )A．核力是强相互作用的一种表现,比库仑力大得多B．核力存在于质子和中子、中子和中子之间,质子和质子之间只有库仑斥力C．核力是核子间相互吸引的力,是短程力D．核力只存在于相邻的核子之间,具有饱和性解析：在原子核的尺度内,核力比库仑力大得多,但当原子核大到一定程度时,核力将不足以平衡库仑力,A错误；相邻核子间都存在核力作用,B错误,D正确；核子间的距离小于0.8×10－15 m时,核力表现为斥力,大于0.8×10－15 m时表现为吸引力,C错误．2．中子比质子更容易击中原子核的原因是( D )A．中子体积较小 B．中子速度较大C．中子能量较大 D．中子不带电解析：由于中子不带电,与原子核之间不存在库仑斥力,所以,它比其他粒子更易接近原子核并打进内部去,D正确．3．下列说法中正确的是( B )A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B．对质子数较多的原子核,其中的中子起到维系原子核稳定的作用C．重核比中等质量的核更稳定D．两个质子之间不管距离如何,核力总大于库仑力解析：只有相邻质子间才存在核力,A、D错误；中子与其他核子间没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,起到维系原子核稳定的作用,B正确；中等质量大小的核最稳定,C错误．4．某核反应方程为21H＋31H―→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u,31H的质量为3.018 0 u,42 He的质量为4.002 6 u,X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( B ) A．X是质子,该反应释放能量B．X是中子,该反应释放能量C．X是质子,该反应吸收能量D．X是中子,该反应吸收能量解析：根据核反应过程中质量数电荷数守恒规律,可得21H＋31H―→42He＋10X,即X为中子；在该反应发生前,反应物的总质量m1＝(2.013 6＋3.018 0)u＝5.0316 u,反应后产物总质量m2＝(4.002 6＋1.008 7)u＝5.011 3u,总质量减少,出现了质量亏损,故该反应释放能量．5．在实验室内较精准地测量到双β衰变事例是在1987年公布的,在进行了7 960小时的实验后,以68%的置信度认为8234Se发生的36个双β衰变事例,已知静止的8234Se发生双β衰变时,将释放出两个电子和两个中微子νe(中微子的质量数和电荷数都为零),同时转变成一个新核X,则X核的中子数为46；若衰变过程释放的核能是E,真空中的光速为c,则衰变过程的质量亏损是Ec2.解析：衰变方程为：8234Se→8236X＋20－1e＋2νe,X核的中子数为82－36＝46,由质能方程有：Δmc2＝E,Δm＝Ec2 .。
19.5 核力与结合能 高中物理选修3-5优秀教案优秀教学设计【精品】 (5)
5 核力与结合能三维教学目标1、知识与技能（1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；（2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；（3）理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；（4）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。
2、过程与方法（1）会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；（2）培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。
3、情感、态度与价值观（1）使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；（2）认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。
教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
教学过程：（一）引入新课氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?（两者相差1036倍）在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。
（二）进行新课1、核力与四种基本相互作用20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。
在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。
电磁力大约要比万有引力强1036倍。
基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。
核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。
人教版高中物理选修3-5学案：第十九章学案5核力与结合能
个帅哥帅哥的 ffff5核力与联合能[学习目标 ] 1.认识四种基真互相作用，知道核力的性质.2.能简单解说轻核和重核内中子数、质子数拥有不一样比率的原由.3.知道原子核的联合能和比联合能的观点.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基真互相作用[导学研究 ] (1)有的同学以为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力均衡而使原子达到稳固状态”，这类说法正确吗？答案不正确．质子之间的库仑力的大小与万有引力的大小相差1035倍，二者相差悬殊，不行能均衡．(2)是什么力战胜质子之间的库仑斥力，使核子联合成一个坚固的原子核的？答案核子间 (质子与质子、中子与中子、质子与中子) 存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理 ]核力及特色(1)核力：原子核里的核子间存在着互相作用的核力，核力把核子牢牢地约束在核内，形成稳固的原子核．(2)核力特色①核力是核子间的强互相作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．②核力是短程力，作用范围在－ 151.5× 10 _m 以内．在大于 0.8× 10－15m 时表现为吸引力，超出 1.5× 10－ 15m 时，核力急剧降落几乎消逝；而距离小于 0.8× 10－15m 时，核力表现为斥力．③每个核子只跟周边的核子发生核力作用，这类性质称为核力的饱和性．④核力与核子能否带电没关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都能够有核力作用．(3)四种基真互相作用二位分为Greg[即学即用 ]以下对于核力的说法正确的选项是()A．核力同万有引力没有差别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力－ 15C．核力是短程力，作用范围在 1.5×10m 以内D．核力与电荷相关答案C分析核力是短程力，超出 1.5× 10－15 m，核力急剧降落几乎消逝，故C对；核力与万有引力、电磁力不一样，故A 、B 选项错误；核力与电荷没关，故 D 错．二、原子核中质子与中子的比率[导学研究 ] (1)一些较轻的原子核如42He、168O、126C、147N中质子数和中子数有什么关系？答案质子数与中子数相等．238234(2)92U、 90Th等重核中各有多少此中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案23892U 中含有 92 个质子、 146 此中子；23490Th 中含有 90 个质子， 144 此中子．较重的原子核中中子数大于质子数．(3)试从核力的特色及核力的饱和性对上述现象做出解说，并说明原子核能无穷地增大吗？答案稳固的重原子核里，中子数要比质子数多，因为核力作用范围有限，以及核力的饱和性，假如持续增大原子核，一些核子间距离会大到此间根本没有核力作用，这时即便再增添中子，形成的核也必定是不稳固的，所以原子核不可以无穷地增大．[知识梳理 ]因为核力是短程力及核力的饱和性，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大概相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，二者相差越多．[即学即用 ]以下对于原子核中质子和中子的说法，正确的选项是()A．原子核中质子数和中子数必定相等B．稳固的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是特别稳固的D．因为核力的作用范围是有限的，所以不行能无克制地增大原子核而仍稳固存在答案D分析由稳固核的质子数与中子数的关系图象可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故 A 、B 错误；原子核能够发生衰变，故 C 错误；由核力作用特色可知，核子数越多的原子核越不稳固，故 D 正确．三、联合能[导学研究 ] (1)设有一个质子和一此中子在核力作用下凑近碰撞并联合成一个氘核．质子和中子联合成氘核的过程中是开释能量仍是汲取能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子联合成原子核的过程中要开释能量；氘核分解成质子和中子时要汲取能量．(2)如图 1 所示是不一样原子核的比联合能随质量数变化的曲线．图 1①从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核对比比联合能有什么特色？比联合能的大小反应了什么？②比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时是汲取能量仍是开释能量？答案①中等质量的原子核比联合能较大，比联合能的大小反应了原子核的稳固性，比联合能越大，原子核越稳固．②开释能量．[知识梳理 ] 对联合能的理解(1) 联合能：原子核是核子依靠核力联合在一同构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的联合能．(2) 比联合能：原子核的联合能与核子数之比称为比联合能．比联合能越大，表示原子核中核子联合得越坚固，原子核越稳固．(3) 核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比联合能较小，中等核子数的原子核，比联合能较大．当比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时会开释核能．[即学即用 ] 以下对联合能、比联合能的认识，正确的选项是 ( )A ．全部原子核均拥有联合能B ．自由核子联合为原子核时，可能汲取能量C ．联合能越大的原子核越稳固D ．比联合能越大的原子核越不稳固答案A分析 自由核子联合成原子核的过程中，核力做正功，开释出能量，反之，将原子核分开变为自由核子时需要汲取相应的能量，该能量即为联合能，故A 正确，B 错误；核子许多的原子核的联合能大， 但它的比联合能不必定大， 比联合能的大小反应了原子核的稳固性，故C 、D 均错误．四、质量损失[导学研究 ]9 9 4 12 1 用 α粒子轰击铍 (4Be)核发现中子的核反响方程为 4 2 6nBe ＋ He → C ＋甲同学说： 核反响过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量以下：m ＝9.012 19 u ， m ＝12.000 u ，m ＝ 4.002 6 u ， m ＝ 1． 008 665 u ．BeCα n－ 27kg) ，他经过计算发现反响以后的质量减少了，于是他得出结论：(此中 1 u ＝ 1.660 566× 10 核反响过程中质量消逝了．这两个同学的说法对吗？假如不对错在哪里？你对证量损失是怎样理解的？答案甲同学的说法错误．核反响过程中质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误．质量损失其实不是质量的消逝．对证量损失的理解(1)在核反响中仍恪守质量守恒和能量守恒，所谓的质量损失其实不是这部分质量消逝或质量转变为能量．物体的质量应包含静止质量和运动质量，质量损失是静止质量的减少，减少的静止质量转变为和辐射能量相联系的运动质量．(2)质量损失也不是核子个数的减少，核反响中核子个数是不变的．[知识梳理 ]质量损失和核能的计算(1)对证能方程和质量损失的理解①质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着亲密的联系，其关系是E＝ mc2.②质量损失：质量损失，其实不是质量消逝，减少的质量在核子联合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增添，则总能量随之增添；质量减少，总能量也随之减少，这时质2能方程也写作E＝mc .(2)核能的计算①依据质量损失计算依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．②利用原子质量单位u 和电子伏特计算依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量，用核子联合成原子核时质量损失的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即E＝m× 931.5 MeV .此中m的单位是u， E 的单位是MeV.[即学即用 ]依据爱因斯坦的研究成就，物体的能量和质量的关系是E＝ mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m ，中子的质量为m ，氦核的质量为m ，以下关系式正确p nα的是()A ． mα＝(2m p＋ 2m n)B． mα<(2 m p＋ 2m n)C． mα>(2 m p＋ 2m n)D．以上关系式都不正确答案B一、对联合能的理解例 1以下对于联合能和比联合能的说法中，正确的选项是()A．核子联合成原子核汲取的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为联合能B．比联合能越大的原子核越稳固，所以它的联合能也必定越大C．重核与中等质量原子核对比较，重核的联合能和比联合能都大D．中等质量原子核的联合能和比联合能均比轻核的要大分析核子联合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是汲取能量， A 选项错误；比联合能越大的原子核越稳固，但比联合能越大的原子核，其联合能不必定大，比如中等质量原子核的比联合能比重核大，但因为核子数比重核少，其联合能比重核小，B、 C 选项错误；中等质量原子核的比联合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，所以它的联合能也比轻核大， D 选项正确．答案D知识总结联合能、比联合能的对照理解(1)核子联合成原子核时必定开释能量，原子核分开成核子时必定汲取能量．汲取或开释的能量越大，表示原子核的联合能越大．(2)比联合能为联合能与核子数的比值，比联合能越大表示原子核越稳固．一般状况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比联合能大．二、质量损失和核能的计算例 2 氘核和氚核聚变时的核反响方程为234121H＋ 1H→ 2He＋ 0n，已知 1H的均匀联合能是1.09MeV ，13H 的均匀联合能是 2.78 MeV ，24He 的均匀联合能是7.03 MeV ，则该核反响开释的能量为 ________ MeV .分析聚变反响前氘核和氚核的总联合能E1＝ (1.09× 2＋2.78× 3) MeV＝10.52 MeV.反响后生成的氦核的联合能E2＝ 7.03× 4 MeV ＝ 28.12 MeV.因为单个核子无联合能，所以聚变过程开释出的能量为E＝ E2－ E1＝(28.12－ 10.52) MeV ＝ 17.6 MeV .答案17.6概括总结计算核能的两种方法：(1)依据质量损失计算①依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.②依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．(2)利用均匀联合能来计算核能原子核的联合能＝核子的均匀联合能× 核子数．核反响中反响前系统内全部原子核的总联合能与反响后生成的全部新核的总联合能之差，就是该核反响所开释(或汲取 )的核能．针对训练7α粒子．已知质子的质量是 1.673一个锂核 (3Li) 遇到一个质子的轰击，变为两个－ 27kg，锂核的质量是 11.650 5× 10－27－ 276× 10kg，氦核的质量是 6.646 6×10 kg.(1)写出上述核反响的方程；(2)计算上述核反响开释出的能量．答案714×10－ 12 (1)3Li ＋1H → 22He (2)2.781J分析(1)73Li ＋11H → 242He(2)核反响的质量损失m＝ m Li＋ m p－ 2mα＝(11.650 5 × 10－27＋ 1.673 6× 10－27－ 2× 6.646 6× 10－27) kg ＝ 3.09× 10－29 kg 开释的能量E＝mc2＝ 3.09× 10－29×(3 × 108)2 J＝ 2.781× 10－12 J1． (多项选择 )对于原子核的联合能，以下说法正确的选项是()A．原子核的联合能等于使其完整分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的结合能133208C．铯原子核 ( 55Cs)的联合能小于铅原子核( 82Pb)的联合能D．比联合能越大，原子核越不稳固E．自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量大于该原子核的联合能答案ABC分析联合能是把核子分开所需的最小能量，选项 A 正确；一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，存在质量损失，核子比联合能增大，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的联合能，选项 B 正确；核子数越多，联合能越大，选项 C 正确；比联合能也叫均匀联合能，比联合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳固，选项 D 错误；自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量等于该原子核的联合能，选项 E 错误．2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、 m2和 m3.当一个质子和一此中子联合成氘核时，释放的能量是 (c 表示真空中的光速 )()A ． (m1＋m2－ m3)c B． (m1－ m2－ m3)cC． (m1＋m2－ m3 )c2D． (m1－ m2－ m3)c2答案C分析由质能方程E＝ mc2，此中m＝m1＋ m2－ m3可得E＝ (m1＋ m2－ m3)c2，选项 C 正确．3．已知氮核质量M N＝ 14.007 53 u，氧 17 核的质量M O＝ 17.004 54 u，氦核质量 M He＝4.00387 u，氢核质量M H＝1.00814417115 u ，试判断：7N＋2He→8O＋1H 这一核反响是汲取能量仍是放出能量？能量变化是多少？(已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案汲取能量 1.2 MeV分析反响前总质量：M N＋ M He＝ 18.011 40 u，反响后总质量：M O＋M H＝ 18.012 69 u.能够看出：反响后总质量增添，故该反响是汲取能量的反响．故E＝ (18.012 69－ 18.011 40)×931.5 MeV ≈ 1.2 MeV .一、选择题 (1～7 为单项选择题， 8 为多项选择题 ) 1．以下对核力的认识正确的选项是()A．任何物体之间均存在核力B．核力宽泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距－15m 内的核子之间，大于－ 151.5× 100.8× 10m 为吸引力，而小于－ 150.8× 10 m 为斥力答案D分析由核力的特色知道，只有相距 1.5× 10－15m 内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知 D 正确， A、 B、 C 错误．2. 126C 的核由 6 个质子与 6 此中子构成，两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的摆列次序是()A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力答案D分析核力是强互相作使劲，是它将核子约束在原子核内；库仑力假如大于核力，原子核内质子就不可以存在于这么小的范围内；万有引力最弱，研究核子间互相作用时万有引力能够忽略．所以 A 、 B、 C 错，选 D.3．原子质量单位为u,1u 相当于 931.5 MeV 的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核联合为质量为M 的原子核时开释出的能量是()个帅哥帅哥的 ffff2A ． (M － m 1－m 2) u × cB ． (m 1＋m 2－ M) u × 931.5 JC ． (m 1＋m 2－ M)cD ． (m 1 ＋m 2－ M)× 931.5 MeV答案D分析 由质能方程E ＝ mc 2 知 C 选项错误；而m ＝ m 1＋ m 2－M ，即反响前总质量减反响 后的总质量，故 A 错误， B 选项单位错误，选项D 正确．4．某核反响方程为 12H ＋13 H → 24He ＋ X. 已知 12H 的质量为 2.013 6 u ，13H 的质量为 3.018 0 u ，24He 的质量为 4.002 6 u ，X 的质量为 1.008 7 u ．则以下说法中正确的选项是 ()A ． X 是质子，该反响开释能量B ． X 是中子，该反响开释能量C ． X 是质子，该反响汲取能量D ． X 是中子，该反响汲取能量答案B分析 依据核反响过程质量数、电荷数守恒，可得23411H ＋ 1H →2He ＋0X ， X 为中子，在该反响发生前反响物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋ 3.018 0 u ＝ 5.031 6 u ，反响后产物总质量 m 2＝4.002 6u ＋ 1.008 7 u ＝ 5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量损失，故该反响开释能量．5．如图 1 所示是描绘原子核核子的均匀质量 m 与原子序数 Z 的关系曲线， 由图可知以下说法正确的选项是 ( )图 1A ．将原子核 A 分解为原子核B 、C 可能汲取能量个帅哥帅哥的 ffffB ．将原子核C ．将原子核D ．将原子核 D 、E 联合成原子核F 可能汲取能量A 分解为原子核B 、 F 必定开释能量F 、 C 联合成原子核 B 必定开释能量答案C分析因 B 、C 核子均匀质量小于 A 的核子均匀质量，故 A 分解为 B 、C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故 A 错．同理可得 B 、D 错， C 正确．6．雷蒙德 ·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 (νe )而获取了 2002 年度诺贝尔物理学奖，他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯 (C 2 Cl 4)溶液的巨桶，电子中微子能够将一个氯核转变为一个氩核，其核反响方程式为 ν＋ 37 37 0－37e 17Cl → 18Ar ＋ 1e ，已知 17Cl核的质量为 36.956 58 u ，37－1e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量对18Ar 核的质量为 36.956 91 u ， 0 应的能量为 931.5 MeV.依据以上数据，能够判断参加上述反响的电子中微子的最小能量为()A ． 1.33 MeVB ． 0.82 MeVC ． 0.51 MeVD ． 0.31 MeV答案B分析 依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量， 则E ＝ m × 931.5 MeV ＝ (36.95691＋ 0.000 55－ 36.956 58)× 931.5 MeV ≈ 0.82 MeV . 7．中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别为 m n 、 m p 、m D .现用光子能量为 E 的 γ射线照耀静止氘核使之分解，核反响方程为γ＋ D → p ＋ n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 ()A.12[(m D － m p －m n )c 2－ E]12B. [(m D ＋ m n － m p )c ＋ E]1 2C.2[(m D－m p － m n )c＋E]12D. [(m D ＋ m n － m p )c －E]答案C分析因为轻核聚变时放出能量，质量损失，所以氘核分解为核子时，要汲取能量，质量增加，此题核反响过程中γ射线能量 E 对应质量的增添和中子与质子动能的产生，即 E＝ mc221212＋2E k＝ (m p＋ m n－ m D)c＋ 2E k得 E k＝2[E－ (m p＋ m n－ m D )c ]＝2[( m D－ m p－ m n)c＋ E]，应选C.8．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，以下说法中正确的选项是()A ． E＝ mc2定量地指出了物体拥有的能量与其质量之间的关系B．依据E＝mc2能够计算核反响中开释的核能C．一此中子和一个质子联合成氘核时，开释出核能，表示此过程中出现了质量损失D． E＝ mc2中的 E 是发生核反响中开释的核能答案ABC分析E＝ mc2中的 E 表示物体拥有的总能量，m 表示物体的质量，故A说法正确；对于E ＝mc2表示的意义是当物体的能量增添或减少 E 时，它的质量也会相应地增添或减少m，故 B 说法正确；只有当出现质量损失时，才能开释核能，故 C 说法正确；公式E＝mc2中，E 为质量为m 的物体所对应的能量，而非核反响中开释的能量， D 错误．二、非选择题9．已知质子的质量是 1.008 665 u 、中子的质量也是 1.008 665 u ，氢原子的质量是 1.007 825 u，碳原子的质量是12.000 000 u,12 个核子联合成碳原子核时，质量损失是________，碳原子核的比联合能是________．(1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案0.098 940 u7.68 MeV10.31H 的质量是 3.016 050 u ，质子的质量是 1.007 277 u ，中子的质量是 1.008 665 u ． 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，求： ( 计算结果保存三位有效数字)(1)一个质子和两此中子联合为氚核时，是汲取仍是放出能量？该能量为多少？(3)假如此能量是以光子形式放出的，则光子的频次是多少？答案(1)放出能量 7.97 MeV(2)7.97 MeV 2.66 MeV(3)1.92 ×1021 Hz分析(1)一个质子和两此中子联合成氚核的核反响方程是1131H＋20 n→ 1H，反响前各核子总质量为m p＋ 2m n＝ 1.007 277 u＋ 2×1.008 665 u＝ 3.024 607 u ，反响后新核的质量为m H＝ 3.016 050 u ，质量损失为m＝ 3.024 607 u－ 3.016 050 u＝ 0.008 557 u因反响前的总质量大于反响后的总质量，故此核反响开释能量．开释的核能为E＝ 0.008 557× 931.5 MeV ≈ 7.97 MeV . (2) 氚核的联合能即为E＝7.97 MeV .它的比联合能为E≈ 2.66 MeV. 3(3)放出光子的频次为E7.97×106× 1.6×10－1921ν＝h＝ 6.63×10－34Hz ≈ 1.92× 10 Hz.11．一个静止的镭核226222226 质量为88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核86Rn.已知镭核226.025 4 u，氡核 222 质量为 222.016 3 u，放出粒子的质量为 4.002 6 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量．(1)写出核反响方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．答案(1) 22688Ra→22286Rn＋42He (2)6.05 MeV(3)5.94 MeV分析(1)核反响方程为2262224 88Ra→ 86Rn＋ 2He.(2)镭核衰变放出的能量为E＝ m·c2＝(226.025 4 － 4.002 6－222.016 3) × 931.5 MeV≈6.05 MeV.(3) 镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn－ mαvα＝ 0①又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则E＝1v212②mRn ＋m v2Rn2α α由①② 可得αm Rn222.016 3×6.05 MeV ≈ 5.94 MeV . E＝·ΔE＝Rn＋mα222.016 3＋4.002 6m。
人教版选修3-5第十九章原子核第5节核力与结合能学案
19.5 核力与结合能【重点知识】1．原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把原子核内核子分开所需要的能量叫结合能。
2．结合能与核子数之比叫比结合能。
比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。
【基本知识】一、核力与四种基本相互作用1．核力(1)定义：原子核里的间的相互作用力。
(2)作用：把紧紧地束缚在核内，形成稳定的。
2．核力的特点(1)核力是的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力。
(2)核力是，作用范围在 m之内。
核力在大于0.8×10－15m，小于1.5×10－15m 的范围内表现为，在小于0.8×10－15 m时表现为。
(3)每个核子只跟的核子发生核力作用，这种性质称为核力的。
3．四种基本相互作用四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、作用和______作用，在相同距离上，大约比强1035倍。
二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核：质子数和中子数。
2．较重原子核：中子数质子数，越重的原子核两者________。
三、结合能与质量亏损1．结合能原子核是凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要，这就是原子核的结合能。
2．比结合能原子核的结合能与之比，称做比结合能，也叫结合能。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越，原子核越。
的核的比结合能最大，最稳定。
【课堂例题】例1、对核力的认识，下列说法正确的是 ( )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力例2、如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是( )A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量例3、镭核226 88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn。
物理：19.5《核力与结合能》教案(选修3-5)
核力与结合能
教学目标
（1）知道原子核的人工转变，知道质子和中子发现的过程．（2）知道核能的概念
（3）知道爱因斯坦的质能方程，了解质量亏损，并能计算核反应中的能量计算
教学重点：核的人工转变和核能的计算
教学难点:核能的计算
教学示例:
一、人工核转变
1、质子的发现
卢瑟福
2、中子的发现
查德威克
二、核能
1、核能
2、质量亏损
3、质能方程
；
4、核能的计算
例题1：已知质子和中子结合成氘核时的质量亏损为0。
0040×10-27kg，则此过程中释放的能量为多少？
解:根据爱因斯坦的质能方程知
=eV
= 2.2 MeV
例题2：静止的锂核在俘获一个中子后，生成一个氘核和一个粒子，并释放4.8MeV的能量．（1）写出核反应方程式（2）计算反应过程中的质量亏损
解：（1)
（2）根据爱因斯坦的质能方程知：
=
三、作业
课后习题。
核力与结合能教案设计
核力与结合能教案设计
核力与结合能教案设计
一、教学目标：
1. 理解核力的概念及作用；
2. 掌握结合能的概念和计算方法；
3. 了解核反应和核能。
二、教学重点与难点：
1. 理解核力的概念及作用；
2. 掌握结合能的概念和计算方法。
三、教学内容及方法：
1. 核力的概念和作用：通过讲解核力的定义及其在原子核中的作用，引导学生了解原子核的稳定性和不稳定性原因；
2. 结合能的概念：通过解释结合能的定义和计算公式，培养学生计算结合能的能力；
3. 核反应和核能：通过介绍核反应和核能的概念以及实际应用，启发学生对于核能的理解和认识。
四、教学过程：
1. 导入：教师通过介绍核能的定义和概念，引出本节课的教学内容：核力和结合能；
2. 核力的概念和作用：通过讲解核力的定义和在原子核中的应用，让学生了解原子核的构成及其稳定性和不稳定性原因；
3. 结合能的概念：通过解释结合能的定义和计算公式，引导学生计算结合能的方法；
4. 核反应和核能：通过介绍核反应和核能的概念及其在现实中的应用（如核电站等），启发学生对于核能的认识；
5. 练习和巩固：教师提供结合能的计算题目，让学生自行计算，加深学生对于结合能的理解和掌握；
6. 课堂小结：教师对于本节课的内容进行总结，概括本节课的重点和
难点。
五、教具材料：PPT课件、白板、黑板、计算器等。
六、教学评价：
1. 课堂表现：学生是否认真听讲，积极回答问题；
2. 练习成绩：学生是否熟练掌握结合能的计算方法；
3. 课堂问答：学生是否能够对于核力、结合能、核反应和核能等内容进行简要的概括和说明。
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第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成。
知道放射性和原子核的衰变。
会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。
（2）了解放射性同位素的应用。
知道射线的危害和防护。
例1 了解放射性在医学和农业中的应用。
例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。
（3）知道核力的性质。
能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。
会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。
（4）认识原子核的结合能。
知道裂变反应和聚变反应。
关注受控聚变反应研究的进展。
（5）知道链式反应的发生条件。
了解裂变反应堆的工作原理。
了解常用裂变反应堆的类型。
知道核电站的工作模式。
（6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。
例3 思考核能开发带来的社会问题。
（7）初步了解恒星的演化。
初步了解粒子物理学的基础知识。
例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。
2．活动建议：（1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。
（2）观看有关核能利用的录像片。
（3）举办有关核能利用的科普讲座。
新课程学习19．5 核力与结合能★新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。
（二）过程与方法1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。
（三）情感、态度与价值观1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。
★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能(板书)点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。
（二）进行新课1．核力与四种基本相互作用(板书)点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。
在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。
电磁力大约要比万有引力强1036倍。
基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。
核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核,后来的实验证实了科学家的猜测.问：那么核力有怎样特点呢?学生：阅读教材核力的特点部分，讨论、总结并回答核力特点：（1）核力是强相互作用(强力)的一种表现。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。
（3）核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
教师总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。
弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。
点评：通过学生自主学习培养学生的自学能力，同时通过讨论激发学习兴趣。
教师讲述：四种基本相互作用力弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力②强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力③电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体。
→长程力④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。
是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。
→长程力学生：阅读课本左边的阅读内容总结自然界的四种基本相互作用力及它们的作用范围。
2．原子核中质子与中子的比例教师：随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数。
引导学生阅读教材原子核中质子与中子的比例部分及挂图，思考两个问题：随着原子序数的增加，稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系？学生回答：随着原子序数的增加，较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。
引导学生阅读教材思考为什么随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数?点评：提示学生从电磁力和核力的作用范围去考虑。
总结：若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。
所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了；若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。
由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间恨本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
因此只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。
3．结合能由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。
要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，,或者需要巨大的能量。
例如用强大的γ光子照射氘核，可以使它分解为一个质子和一个中子。
从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生.相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.22MeV的能量。
这表明要把原子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能.原子核越大，它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。
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.点拨：那么如何求原子核的结合能呢?爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系，指出了求原子核的结合能的方法。
4．质量亏损（1）质量亏损讲述：科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来.让学生回顾质量、能量的定义、单位，向学生指出质量不是能量、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。
点评：质量亏损与质量与能量的关系是本节的难点。
学生很容易从字面上得出错误结论：①质量就是能量、能量就是质量，质量可以转化能量, 能量可以转化质量。
②在核反应中不遵守质量守恒定律、能量守恒定律;（2）爱因斯坦质能方程：E＝mc2讲述：相对论指出，物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系，即E＝mc2式中，c为真空中的光速。
爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。
由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。
（3）核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△m c2讲述：物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化△E与物体的质量变化△m的关系：△E=Δmc2.单个的质子、中子的质量已经精确测定。
用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量，与同等数量的质子、中子的质量之和相比较，看一看两条途径得到的质量之差，就能推知原子核的结合能。
点评：向学生指出以下几点：①物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。
②质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少。
③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律;④质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。
点拨：师生共同阅读原子核的比结合能挂图，指出中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大)，这些核最稳定。
另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用。
（巩固练习）已知1个质子的质量m p=1.007 277u，1个中子的质量m n=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 这里u表示原子质量单位，1 u=1.660 566×10-27 kg. 由上述数值，计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量。
（28.3MeV）学生：学习课本例题，做巩固练习，加深对质量亏损、原子核的结合能及比结合能的理解（三）课堂小结根据爱因斯坦质能方程自然界中物体的质量和能量间存在着一定对应关系：E=mc2，可见物质世界贮藏着巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来。
人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能。
在发生化学反应时，是原子外层电子的得失，这种情况下人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”。
在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量，这里的变化属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能。
换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的。
迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量，这对解决人类的能源危机具有重要意义。
（四）作业：1、理解原子核的结合能的概念；理解质量与能量的区别及它们之间的对应关系；2、完成课本后面的练习1、2、3、4★教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花，水中月。