核力與結(jié)合能【教學(xué)目標(biāo)】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(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減小。3．理解結(jié)合能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損。4．知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。二、過程與方法1．會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的概念計算核反應(yīng)中釋放的核能。2．培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、推理能力、及數(shù)學(xué)計算能力。三、情感、態(tài)度與價值觀1．使學(xué)生樹立起實踐是檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)理論對實踐有著指導(dǎo)和預(yù)見作用的能力。2．認(rèn)識開發(fā)和利用核能對解決人類能源危機(jī)的重要意義?！窘虒W(xué)重點】質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解?！窘虒W(xué)難點】結(jié)合能的概念、愛因斯坦的質(zhì)能方程、質(zhì)量與能量的關(guān)系?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入提問：氦原子核中有兩個質(zhì)子，質(zhì)子質(zhì)量為mp=1.67×10-27kg，帶電量為元電荷e=1.6×10-19C，原子核的直徑的數(shù)量級為10-15m，那么兩個質(zhì)子之間的庫侖斥力與萬有引力兩者相差多少倍？（兩者相差1036倍）提問：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子之間的庫侖斥力為萬有引力的1036倍，那么質(zhì)子為什么能擠在一起而不飛散？會不會在原子核中有一種過去不知道的力，把核子束縛在一起了呢？今天就來學(xué)習(xí)這方面的內(nèi)容。二、新課教學(xué)（一）核力與四種基本相互作用提示：20世紀(jì)初人們只知道自然界存在著兩種力：一種是萬有引力，另一種是電磁力（庫侖力是一種電磁力）。在相同的距離上，這兩種力的強(qiáng)度差別很大。電磁力大 約要比萬有引力強(qiáng)1036倍?；谶@兩種力的性質(zhì)，原子核中的質(zhì)子要靠自身的引力來抗衡相互間的庫侖斥力是不可能的。核物理學(xué)家猜想，原子核里的核子間有第三種相互作用存在，即存在著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核，后來的實驗證實了科學(xué)家的猜測。1．核力：能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力（強(qiáng)相互作用，也叫強(qiáng)力）。提問：那么核力有怎樣特點呢？2．核力特點：（1）核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。（2）核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)。（3）核力存在于核子之間，每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。（4）核力具有電荷無關(guān)性。對給定的相對運動狀態(tài)，核力與核子電荷無關(guān)。3．四種相互作用（1）萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞恒星轉(zhuǎn)動，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定了宇宙的現(xiàn)狀和未來。（2）電磁力：在原子核外，電磁力使電子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體與固體。（3）強(qiáng)相互作用：在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起。（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為10-18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。（二）結(jié)合能宏觀模型：相距很遠(yuǎn)的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉(zhuǎn)化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內(nèi)能散失掉了。兩個物體為了結(jié)合而付出了代價——失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。要將原子核拆散成單個核子，也一定需要的能量。微觀模型：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。1．結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能。 提問：將一個質(zhì)子和中子結(jié)合在一起，會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？若要把它們分開，需要什么條件？將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量，將單個核子結(jié)合成原子核所要放出的能量。提問：如何理解結(jié)合能？當(dāng)核子結(jié)合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量。這個能量叫做原子核的結(jié)合能。結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。提問：結(jié)合能的大小與什么因素有關(guān)？組成原子核的核子數(shù)。2．組成原子核的核子數(shù)越多，結(jié)合能越大。提問：結(jié)合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結(jié)合能的大小能不能反映原子核的穩(wěn)定程度？如何才能反映原子核的穩(wěn)定程度？引出比結(jié)合能。3．比結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱為比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。理解：核子結(jié)合成原子核時，平均每個核子所釋放的結(jié)合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界提供給每個核子的平均能量。意義：它反映了一個原子核穩(wěn)定程度。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定。（三）質(zhì)量虧損提問：請計算一下方程左右的質(zhì)量：01n+11H→12H+γ中子的質(zhì)量=1.6749×10-27kg質(zhì)子的質(zhì)量=1.6726×10-27kg中子和質(zhì)子的質(zhì)量和=3.3475×10-27kg氘核的質(zhì)量=3.3436×10-27kg計算得出質(zhì)量差=0.0039×10-27kg1．質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和。2．愛因斯坦的質(zhì)能方程：E＝mc2質(zhì)量虧損表明原子核內(nèi)的確存在著結(jié)合能。核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δ??，正表明它們在互相結(jié)合過程中放出了能量。 ΔE=Δmc2【練習(xí)鞏固】1．氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)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：D2．下列說法中正確的是（）A．原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫侖力B．對質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用C．重核比中等質(zhì)量的核更穩(wěn)定D．兩個質(zhì)子之間不管距離如何，核力總大于庫侖力答案：B3．下列說法正確的是（）A．自由核子結(jié)合成原子核時，一定遵循質(zhì)量守恒B．在發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量一定等于反應(yīng)后所生成物質(zhì)的總質(zhì)量C．發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)是放能反應(yīng)D．發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生核反應(yīng)答案：C4．下列說法中，正確的是（）A．愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B．由E＝mc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊藏的能量的量度C．核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量D．因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒答案：B5．關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法中正確的是（） A．質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B．物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值C．物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關(guān)系D．某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的答案：BD6．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近（）A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg答案：D