2019-2020年新课标人教版1-2选修一3.5《核能的利用》WORD教案3.doc

2019-2020年新课标人教版1-2选修一3.5核能的利用WORD教案3在高中物理有关“质能关系”部分，教材只给出了质量和能量间的当量关系式，即爱因斯坦的质能方程，没有对该方程作明确的解释，所以学生除了把质能关系误解为质量可以变成能量外，最容易形成的错误观点就是“物质消灭，能量创生”.因此教师在课堂教学中应根据学生可能出现的错误理解及时加以澄清，以帮助学生确立正确的物理概念.我们可以针对学生存在的上述问题，用一个由于核反应出现的“质量亏损”问题作为例子来进行详细的剖析.当两个缓慢的氘核d相碰后发生的核反应式为d+dt+p（1）反应产物是高速飞出的氚核（t）和质子（p）.经计算发现该体系反应前后的静止质量不相等，反应后比反应前减少了m =0.004239u.出现了质量亏损.按经典力学的观点，物体的质量与其运动速度无关，碰撞前后体系的质量不变.学生在经典观念的束缚下，对核反应中出现的质量亏损现象往往会错误地认为体系的质量不守恒了，亏损掉的质量是消失了.但是，对微观高速运动的粒子，它的质量却是要随着运动的速度而变化的，按相对论观点，物质的质量为式中m0为物质的静止质量，m为惯性质量（又称运动质量）.一般而言，参与核反应的粒子都是运动着的，不是静止不动的，所以，核反应式（1）体系的静质量虽不守恒，但若考虑到质量随速度的变化，我们用式（2）的运动质量来计算，结果体系在核反应前后的运动质量是严格守恒的，体系中的运动粒子的运动质量的守恒性也反映了物质不灭性原理，显然，物质被消灭的说法是不正确的.那末在核反应式（1）中质量亏损的那部分是否可以说转化为核反应后释放出的核能呢？在讨论这个问题前，我们还得说清质能方程的物理含义.E=mc2 （3）（3）式中m为随其速度改变的惯性质量，E为该物体所具有的能量.当物体的质量随其运动速度变化时，物体所具有的能量也随物体的质量成比例的变化.当物体静止时，静止质量为m0的物体具有的静止能量就是物体潜在的“内能”，在宏观低速情况下，这种“内能”被“冻结”着，只有在原子核尺度内由于粒子间相互作用时才有可能被部分或全部释放出来.所以质能关系给出了任何运动或静止物体的质量和该物体所具有的能量（一般说应包括物体的“内能”和它具有的动能之和）间的当量关系.当物体的惯性质量改变m时，则与该质量相当的能量也同时成比例地改变E，它们存在下列关系E=mc2 （4）可以这样说，具有一定惯性质量的物体，就具有一定的能量，反之，物体具有一定能量时，它必然具有一定的惯性质量，惯性质量与能量永远密切联系在一起而且在数量上互成比例.从以上的分析中可以清楚地看出核反应（1）式中出现的亏损掉的那部分静质量相联系的“内能”被转化为核反应后体系所增加的动能，也可以说这一部分静止质量转变为体系所增加的那份动能相联系的惯性质量，所以“质量亏损”并没有使质量消失.而且体系在反应前后的惯性质量和能量同时满足守恒定律，改变的只是体系静止质量和运动质量的百分比及体系的动能与其总能量的百分比.显然以核反应的“质量亏损”现象来作为质量转化为能量的论据是不成立的.事实上，惯性质量是物体惯性的量度，能量是物体做功本领的量度，它们是同一物体的二种不同属性，在任何物理现象中，这种属性永远地各自存在的，决不会由一种属性转化成另一种属性，当然也不能说成能量就是质量，质量就是能量.在某种核反应中，亏损质量的部份的“内能”并不一定像核反应式（1）那样转化为粒子的动能，而是直接以辐射场的形式将能量释放出的运动质量，但反应前后、体系的总运动质量和能量是严格守恒的，下面的核反应就是一例：n+pd+ （5）式中为光子（光子同样可以看成为一种场的物质电磁场）.在讲授这部分内容时，为了避免学生产生错误的理解，我们建议教师在课堂中应介绍一下相对论质速公式（2）和爱因斯坦的质能方程（3）的物理含义，这是事半功倍的做法