人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE15.3核力與結合能〖教學目標〗一、知識與技能1．知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用。2．知道穩定原子核中質子與中子的比例隨著原子序數的增大而減小。3．理解結合能的概念，知道核反應中的質量虧損。4．知道愛因斯坦的質能方程，理解質量與能量的關系。二、過程與方法1．會根據質能方程和質量虧損的概念計算核反應中釋放的核能。2．培養理解能力、推理能力、及數學計算能力。三、情感、態度與價值觀1．樹立起實踐是檢驗真理的標準、科學理論對實踐有著指導和預見作用的能力。2．認識開發和利用核能對解決人類能源危機的重要意義。〖教學重點〗質量虧損及愛因斯坦的質能方程的理解。〖教學難點〗結合能的概念、愛因斯坦的質能方程、質量與能量的關系。〖教學過程〗一、新課導入原子核的核子之間存在著巨大的核力,使小小的原子核蘊藏巨大的能量。如圖,氦原子核是由兩個質子和兩個中子憑借核力結合在一起的,要把它們分開,需要吸收能量。反過來,4個核子結合成氦原子核要放出能量。當核反應發生時,要吸收或放出大量的能量。在有質量虧損的核反應當中,放出能量。進入20世紀以后,核能已成為能源家族中重要的一員。二、進行新課（一）核力與四種基本相互作用1.四種基本相互作用2.核力及核力的特點(1)核力:原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用,即存在一種核力,它使得核子緊密地結合在一起,形成穩定的原子核。這種作用稱為強相互作用。(2)核力的特點:距離增大時,強相互作用急劇減小,它的作用范圍只有約10-15m,即原子核的大小,超過這個界限,這種相互作用實際上已經不存在了,它是短程力。例1．氦原子核由兩個質子與兩個中子組成，這兩個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是（）A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力〖答案〗D問題1.是不是從任何一種核反應中都能獲得能量?〖提*示〗:不是。有的核反應需要吸收能量。（二）結合能1.結合能原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開,也需要能量,這就是原子核的結合能。這個能量也是核子結合成原子核而釋放的能量。組成原子核的核子越多,它的結合能越大。2.比結合能原子核的結合能與核子數之比,叫作比結合能,也叫作平均結合能。比結合能越大,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。3.比結合能的特點(1)不同原子核的比結合能是不一樣的。(2)中等大小的核的比結合能最大(平均每個核子的質量虧損最大),這些核最穩定。拓展：比結合能與原子核穩定的關系(1)比結合能的大小能夠反映原子核的穩定程度,比結合能越大,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。(2)當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時,就可能釋放核能。例如,一個核子數較大的重核分裂成兩個核子數小一些的核,或者兩個核子數很小的輕核結合成一個核子數大一些的核,都能釋放出巨大的核能。例2．下列說法正確的是（）A．自由核子結合成原子核時，一定遵循質量守恒B．在發生核反應時，反應前物質的總質量一定等于反應后所生成物質的總質量C．發生核反應時，反應前的總質量大于反應后的總質量，這個反應是放能反應D．發生核反應時，反應前的總質量大于反應后的總質量，這個反應必須吸收能量才能發生核反應〖答案〗C問題2.有人認為質量虧損就是核子的個數變少了,這種認識對不對?〖提*示〗:不對。在核反應中質量數守恒即核子的個數不變,只是核子組成原子核時,仿佛變“輕”了一些,原子核的質量小于組成它的核子的質量之和,即發生了質量虧損。（三）質量虧損1.愛因斯坦質能方程:E=mc2。2.質量虧損原子核的質量小于組成它的核子的質量之和,這個現象叫作質量虧損。質量虧損表明,的確存在著原子核的結合能。問題3.核反應過程發生了質量虧損,同時釋放出核能,能說這部分質量轉變為能量了嗎?〖提*示〗:不能。質量虧損并不是這部分質量轉變為能量。拓展：質量虧損與質能方程(1)質量虧損,并不是質量消失。(2)質能方程E=mc2說明一定的質量總是跟一定的能量相聯系的。質能方程揭示了質量和能量的不可分割性,建立了這兩個屬性在數值上的關系,但不等于這兩個量可以相互轉化。(3)根據質能方程,物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加,則總能量隨之增加;質量減少,總能量也隨之減少,這時質能方程也寫作ΔE=Δmc2。例3．關于質能方程，下列說法中正確的是（）A．質量減少，能量就會增加，在一定條件下質量轉化為能量B．物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值C．物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程僅是某種特殊條件下的數量關系D．某一定量的質量總是與一定量的能量相聯系的〖答案〗BD計算核能的方法(1)根據質量虧損計算核能先計算質量虧損Δm:根據核反應方程,計算核反應前后的質量虧損Δm。再計算核能ΔE:若Δm的單位是千克,則應用ΔE=Δmc2計算核能,ΔE的單位是焦耳;若Δm的單位是u,則應用ΔE=Δm×931.5MeV計算核能,ΔE的單位是MeV。(2)根據能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應的粒子所組成的系統,在核反應過程中的動量和能量是守恒的,因此,利用動量和能量守恒可以計算出核能的變化。(3)利用比結合能來計算核能原子核的結合能=原子核的比結合能×核子數。核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差,就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能。例4．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近（）A．1036kg B．1018kg C．1013kg D．109kg〖答案〗D三、練習鞏固1．下列說法中正確的是（）A．原子核內的所有質子間都存在核力和庫侖力B．對質子數較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩定的作用C．重核比中等質量的核更穩定D．兩個質子之間不管距離如何，核力總大于庫侖力〖答案〗B2．下列說法中，正確的是（）A．愛因斯坦質能方程反映了物體的質量就是能量，它們之間可以相互轉化B．由E＝mc2可知，能量與質量之間存在著正比關系，可以用物體的質量作為它所蘊藏的能量的量度C．核反應中發現的“質量虧損”是消失的質量轉變成為能量D．因在核反應中能產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒，系統的總能量和總質量并不守恒〖答案〗B四、課后作業課本p118第1-6題五、板書設計六、課后反思5.3核力與結合能〖教學目標〗一、知識與技能1．知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用。2．知道穩定原子核中質子與中子的比例隨著原子序數的增大而減小。3．理解結合能的概念，知道核反應中的質量虧損。4．知道愛因斯坦的質能方程，理解質量與能量的關系。二、過程與方法1．會根據質能方程和質量虧損的概念計算核反應中釋放的核能。2．培養理解能力、推理能力、及數學計算能力。三、情感、態度與價值觀1．樹立起實踐是檢驗真理的標準、科學理論對實踐有著指導和預見作用的能力。2．認識開發和利用核能對解決人類能源危機的重要意義。〖教學重點〗質量虧損及愛因斯坦的質能方程的理解。〖教學難點〗結合能的概念、愛因斯坦的質能方程、質量與能量的關系。〖教學過程〗一、新課導入原子核的核子之間存在著巨大的核力,使小小的原子核蘊藏巨大的能量。如圖,氦原子核是由兩個質子和兩個中子憑借核力結合在一起的,要把它們分開,需要吸收能量。反過來,4個核子結合成氦原子核要放出能量。當核反應發生時,要吸收或放出大量的能量。在有質量虧損的核反應當中,放出能量。進入20世紀以后,核能已成為能源家族中重要的一員。二、進行新課（一）核力與四種基本相互作用1.四種基本相互作用2.核力及核力的特點(1)核力:原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用,即存在一種核力,它使得核子緊密地結合在一起,形成穩定的原子核。這種作用稱為強相互作用。(2)核力的特點:距離增大時,強相互作用急劇減小,它的作用范圍只有約10-15m,即原子核的大小,超過這個界限,這種相互作用實際上已經不存在了,它是短程力。例1．氦原子核由兩個質子與兩個中子組成，這兩個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是（）A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力〖答案〗D問題1.是不是從任何一種核反應中都能獲得能量?〖提*示〗:不是。有的核反應需要吸收能量。（二）結合能1.結合能原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開,也需要能量,這就是原子核的結合能。這個能量也是核子結合成原子核而釋放的能量。組成原子核的核子越多,它的結合能越大。2.比結合能原子核的結合能與核子數之比,叫作比結合能,也叫作平均結合能。比結合能越大,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。3.比結合能的特點(1)不同原子核的比結合能是不一樣的。(2)中等大小的核的比結合能最大(平均每個核子的質量虧損最大),這些核最穩定。拓展：比結合能與原子核穩定的關系(1)比結合能的大小能夠反映原子核的穩定程度,比結合能越大,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。(2)當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時,就可能釋放核能。例如,一個核子數較大的重核分裂成兩個核子數小一些的核,或者兩個核子數很小的輕核結合成一個核子數大一些的核,都能釋放出巨大的核能。例2．下列說法正確的是（）A．自由核子結合成原子核時，一定遵循質量守恒B．在發生核反應時，反應前物質的總質量一定等于反應后所生成物質的總質量C．發生核反應時，反應前的總質量大于反應后的總質量，這個反應是放能反應D．發生核反應時，反應前的總質量大于反應后的總質量，這個反應必須吸收能量才能發生核反應〖答案〗C問題2.有人認為質量虧損就是核子的個數變少了,這種認識對不對?〖提*示〗:不對。在核反應中質量數守恒即核子的個數不變,只是核子組成原子核時,仿佛變“輕”了一些,原子核的質量小于組成它的核子的質量之和,即發生了質量虧損。（三）質量虧損1.愛因斯坦質能方程:E=mc2。2.質量虧損原子核的質量小于組成它的核子的質量之和,這個現象叫作質量虧損。質量虧損表明,的確存在著原子核的結合能。問題3.核反應過程發生了質量虧損,同時釋放出核能,能說這部分質量轉變為能量了嗎?〖提*示〗:不能。質量虧損并不是這部分質量轉變為能量。拓展：質量虧損與質能方程(1)質量虧損,并不是質量消失。(2)質能方程E=mc2說明一定的質量總是跟一定的能量相聯系的。質能方程揭示了質量和能量的不可分割性,建立了這兩個屬性在數值上的關系,但不等于這兩個量可以相互轉化。(3)根據質能方程,物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加,則總能量隨之增加;質量減少,總能量也隨之減少,這時質能方程也寫作ΔE=Δmc2。例3．關于質能方程，下列說法中正確的是（）A．質量減少，能量就會增加，在一定條件下質量轉化為能量B．物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值C．物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程僅是某種特殊條件下的數量關系D．某一定量的質量總是與一定量的能量相聯系的〖答案〗BD計算核能的方法(1)根據質量虧損計算核能先計算質量虧損Δm:根據核反應方程,計算核反應前后的質量虧損Δm。再計算核能ΔE:若Δm的單位是千克,則應用ΔE=Δmc2計算核能,ΔE的單位是焦耳;若Δm的單位是u,則應用ΔE=Δm×931.5MeV計算核能,ΔE的單位是MeV。(2)根據能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應的粒子所組成的系統,在核反應過程中的動量和能量是守恒的,因此,利用動量和能量守恒可以計算出核能的變化。(3)利用比結合能來計算核能原子核的結合能=原子核的比結合能×核子數。核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差,就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能。例4．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據愛因斯坦質能方程，太陽每秒鐘減少的質量最接近（）A．1036kg B．1018kg C．1013kg D．109kg〖答案〗D三、練習鞏固1．下列說法中正確的是（）A．原子核內的所有質子間都存在核力和庫侖力B．對質子