202X版高中物理第5章核能與社會(huì)5.1核能來(lái)自何方課件滬科版選修3_5

1、5.1核能來(lái)自何方第5章核能與社會(huì)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道核力的概念、特點(diǎn).2.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能，了解平均結(jié)合能.3.知道什么是質(zhì)量虧損，能用愛因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算原子核的結(jié)合能.內(nèi)容索引知識(shí)探究新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)題型探究重點(diǎn)難點(diǎn) 各個(gè)擊破達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè) 穩(wěn)固反響知識(shí)探究一、核力導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.有的同學(xué)認(rèn)為：有的同學(xué)認(rèn)為：“原子核內(nèi)質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力，與質(zhì)子、原子核內(nèi)質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力，與質(zhì)子、中子間的萬(wàn)有引力平衡而使原子到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，這種說(shuō)法正確嗎？中子間的萬(wàn)有引力平衡而使原子到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，這種說(shuō)法正確嗎？答案不正確答案不正確.在一樣的距離上，質(zhì)子之間的庫(kù)侖力的大小大約比萬(wàn)有引力在一樣的距離上，質(zhì)

2、子之間的庫(kù)侖力的大小大約比萬(wàn)有引力強(qiáng)強(qiáng)1035倍，兩者相差懸殊，不可能平衡倍，兩者相差懸殊，不可能平衡.答案2.是什么力抑制質(zhì)子之間的庫(kù)侖斥力，使核子結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)固的原子核的？答案答案核子間(質(zhì)子與質(zhì)子、中子與中子、質(zhì)子與中子)存在著一種比庫(kù)侖力大得多的核力.知識(shí)梳理知識(shí)梳理核力及特點(diǎn)核力及特點(diǎn)1.核力：組成原子核的 之間存在著一種特殊的力.2.核力特點(diǎn)：(1)核力是一種 作用力，它存在于質(zhì)子與 間、質(zhì)子與 間、中子與 間.(2)核力是一種 力，它的作用距離只有1015 m的數(shù)量級(jí).因此，每個(gè)核子只能對(duì)跟它鄰近的少數(shù)核子(一般不超過(guò) 個(gè))發(fā)生顯著的相互作用.(3)核力與核子是否帶電無(wú)關(guān)，質(zhì)子與

3、質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間、中子與中子間都可以有核力作用.核子質(zhì)子強(qiáng)相互中子中子短程3即學(xué)即用即學(xué)即用判斷以下說(shuō)法的正誤判斷以下說(shuō)法的正誤.(1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬(wàn)有引力聚在一起的原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬(wàn)有引力聚在一起的.()(2)核力是強(qiáng)相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多核力是強(qiáng)相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多.()答案導(dǎo)學(xué)探究導(dǎo)學(xué)探究1.設(shè)有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子在核力作用下靠近碰撞并結(jié)合成一個(gè)氘核.質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過(guò)程中是釋放能量還是吸收能量？使氘核分解為質(zhì)子和中子的過(guò)程中呢？答案答案質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核的過(guò)程中要釋放能量；氘核分解成質(zhì)子和中子時(shí)要吸

4、收能量.二、結(jié)合能答案答案答案中等質(zhì)量的原子核平均結(jié)合能較大，平均結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定.2.如圖1所示是不同原子核的平均結(jié)合能隨核子數(shù)變化的曲線. (1)從圖中看出，中等質(zhì)量的原子核與重核、輕核相比平均結(jié)合能有什么特點(diǎn)？平均結(jié)合能的大小反映了什么？答案圖1答案答案釋放能量.(2)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)是吸收能量還是釋放能量？答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.結(jié)合能結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時(shí)核子結(jié)合成原子核時(shí) 的能量，或原子核分解成核子時(shí)的能量，或原子核分解成核子時(shí) 的能量叫原的能量叫原子核的結(jié)合能子核的結(jié)合能.2.平均結(jié)合能平均結(jié)合能

5、核子結(jié)合成原子核時(shí)每個(gè)核子平均放出的能量叫做平均結(jié)合能，它等于核的結(jié)合核子結(jié)合成原子核時(shí)每個(gè)核子平均放出的能量叫做平均結(jié)合能，它等于核的結(jié)合能跟能跟 的比值的比值.平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越結(jié)實(shí)，原平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越結(jié)實(shí)，原子核越穩(wěn)定子核越穩(wěn)定.3.核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較 ， 的原子核，平均結(jié)合能較大的原子核，平均結(jié)合能較大.當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能.釋放吸收核子數(shù)小中等核子

6、數(shù)即學(xué)即用即學(xué)即用判斷以下說(shuō)法的正誤判斷以下說(shuō)法的正誤.(1)一切原子核均具有結(jié)合能一切原子核均具有結(jié)合能.()(2)組成原子核的核子越多，它的平均結(jié)合能就越高組成原子核的核子越多，它的平均結(jié)合能就越高.()(3)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越結(jié)實(shí)，原子越穩(wěn)定結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越結(jié)實(shí)，原子越穩(wěn)定.()(4)自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量.()答案甲同學(xué)說(shuō)：核反響過(guò)程中核子數(shù)沒變，所以質(zhì)量是守恒的；乙同學(xué)查找資料，各個(gè)原子核或核子的質(zhì)量如下：mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u.(其中1 u1.

7、660 5661027 kg)，他通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)反響之后的質(zhì)量減少了，于是他得出結(jié)論“核反響過(guò)程中質(zhì)量消失了.這兩個(gè)同學(xué)的說(shuō)法對(duì)嗎？如果不對(duì)錯(cuò)在哪里？你對(duì)質(zhì)量虧損是如何理解的？答案甲同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤答案甲同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤.核反響過(guò)程中是質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；核反響過(guò)程中是質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；乙同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤乙同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤.質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失.三、質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算答案2.試計(jì)算上述核反響過(guò)程中是釋放能量，還是吸收能量？能量變化了多少？答案反響前的總質(zhì)量答案反響前的總質(zhì)量m1mBem9.012 19 u4.002 6 u13.014 79 u反響后的總質(zhì)量反響后

8、的總質(zhì)量m2mCmn12.000 0 u1.008 665 u13.008 665 u所以質(zhì)量虧損所以質(zhì)量虧損mm1m213.014 79 u13.008 665 u0.006 125 u.放出的能量放出的能量Emc20.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J5.719 MeV.答案知識(shí)梳理知識(shí)梳理1.質(zhì)能方程質(zhì)能方程愛因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，其關(guān)愛因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，其關(guān)系是系是E .2.質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過(guò)程中以能量質(zhì)量虧損，并不

9、是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過(guò)程中以能量的形式輻射出去了的形式輻射出去了.物體質(zhì)量增加，那么總能量隨之物體質(zhì)量增加，那么總能量隨之 ；質(zhì)量減少，那；質(zhì)量減少，那么總能量也隨之么總能量也隨之 .這時(shí)質(zhì)能方程也寫作這時(shí)質(zhì)能方程也寫作E .mc2增加減少mc2題型探究1.中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能最大，輕核和重核的平均結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小.2.平均結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系(1)平均結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，平均結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定.(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，平均結(jié)

10、合能較大，表示原子核較穩(wěn)定.(3)當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就能釋放核能.例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能.一、對(duì)結(jié)合能和平均結(jié)合能的理解例例1以下關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說(shuō)法中，正確的選項(xiàng)是以下關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說(shuō)法中，正確的選項(xiàng)是A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié) 合能合能B.平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能

11、也一定越大C.重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和平均結(jié)合能都大重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和平均結(jié)合能都大D.中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要大中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要大答案解析一、對(duì)結(jié)合能和平均結(jié)合能的理解解析解析核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但平均結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)正確.針對(duì)訓(xùn)練一個(gè)中子與某原子核發(fā)生核反響，生成一個(gè)氘核，其核反響針對(duì)

12、訓(xùn)練一個(gè)中子與某原子核發(fā)生核反響，生成一個(gè)氘核，其核反響方程為方程為_，該反響放出的能量為，該反響放出的能量為Q，那么氘核的平均結(jié)合能，那么氘核的平均結(jié)合能為為_.答案解析解析核反響方程解析核反響方程 ，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個(gè)能，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個(gè)能量叫原子核的結(jié)合能，它的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱做平均結(jié)合能，由題量叫原子核的結(jié)合能，它的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱做平均結(jié)合能，由題意知氘核的核子數(shù)為意知氘核的核子數(shù)為2，所以平均結(jié)合能為，所以平均結(jié)合能為 .1.核子結(jié)合成原子核時(shí)一定釋放能量，原子核分開成核子時(shí)一定吸收能量，吸收或釋放的能量越大，說(shuō)明原子核的結(jié)合能越大.2.平均結(jié)

13、合能越大說(shuō)明原子核越穩(wěn)定.一般情況下，中等質(zhì)量的原子核比輕核和重核的平均結(jié)合能大.總結(jié)提升總結(jié)提升1.根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算根據(jù)核反響方程，計(jì)算核反響前后的質(zhì)量虧損m.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E 計(jì)算核能.其中m的單位是 ，E的單位是 .2.利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算明確原子質(zhì)量單位u和電子伏特之間的關(guān)系 1 u1.660 5661027 kg,1 eV1.602 1781019 J由Emc2二、質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算mc2千克焦耳根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV的能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即E MeV.其中m的單位是 ，E的單位是 .

14、m931.5uMeV答案答案放出7.97 MeV例例3 的質(zhì)量是3.016 050 u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u，中子的質(zhì)量為1.008 665 u.求：(質(zhì)量虧損1 u相當(dāng)于釋放931.5 MeV的能量)(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是吸收還是放出能量？該能量為多少？答案解析反響前各核子總質(zhì)量為mp2mn(1.007 27721.008 665) u3.024 607 u，反響后新核的質(zhì)量為mH3.016 050 u，質(zhì)量虧損為m(3.024 6073.016 050) u0.008 557 u.因反響前的總質(zhì)量大于反響后的總質(zhì)量，故此核反響放出能量.釋放的核能為E0.00

15、8 557931.5 MeV7.97 MeV.解析解析氚核的結(jié)合能即為E7.97 MeV，(2)氚核的結(jié)合能和平均結(jié)合能各是多少？答案解析答案答案7.97 MeV2.66 MeV核能的兩種單位換算技巧核能的兩種單位換算技巧1.假設(shè)以假設(shè)以kg為質(zhì)量虧損為質(zhì)量虧損m的單位，那么計(jì)算時(shí)應(yīng)用公式的單位，那么計(jì)算時(shí)應(yīng)用公式Emc2，核能，核能的單位為的單位為J.2.假設(shè)以原子單位假設(shè)以原子單位“u為質(zhì)量虧損為質(zhì)量虧損m的單位，那么的單位，那么Em931.5 MeV，核能的單位為核能的單位為MeV.3.兩種單位的換算：兩種單位的換算：1 MeV11061.61019 J1.61013 J.歸納總結(jié)歸納總

16、結(jié)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(核力的特點(diǎn))以下關(guān)于核力的說(shuō)法正確的選項(xiàng)是A.核力同萬(wàn)有引力沒有區(qū)別，都是物體間的相互作用B.核力就是電磁力C.核力是短程力，作用范圍在1015 m之內(nèi)D.核力與電荷有關(guān)答案123解析核力是短程力，超過(guò)解析核力是短程力，超過(guò)1015 m，核力急劇下降幾乎消失，應(yīng)選項(xiàng)，核力急劇下降幾乎消失，應(yīng)選項(xiàng)C正確；正確；核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，應(yīng)選項(xiàng)核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，應(yīng)選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；核力與電荷無(wú)關(guān)，應(yīng)選項(xiàng)核力與電荷無(wú)關(guān)，應(yīng)選項(xiàng)D錯(cuò)誤錯(cuò)誤.解析2.(對(duì)質(zhì)能方程的理解)(多項(xiàng)選擇)對(duì)公式Emc2的正確理解是A.如果物體的能量減少了E，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)地減少mB.如果物體的質(zhì)量增加了m，它的能量也一定相應(yīng)地增加mc2C.m是某原子核在衰變過(guò)程中增加的質(zhì)量D.在把核子結(jié)合成原子核時(shí)，假設(shè)放出的能量是E，那么這些核子的質(zhì)量 和與組成的原子核的質(zhì)量之差就是m答案解析123解析解析一定的質(zhì)量對(duì)應(yīng)一定的能量，物體的能量減少了E，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)地減少m，即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項(xiàng)A、D正確.如果物體的質(zhì)量增加了m，它的能量一定相應(yīng)地增加mc2，所以選項(xiàng)B正確.某原子核衰變時(shí)，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤.1233.(核能的計(jì)算)一個(gè)鋰核(