核力与核能同步课件(鲁科版选修3-5).ppt

第1节核力与核能 1 认识原子核的结合能及质量亏损 并能应用质能方程进行计算 2 能简单解释轻核和重核内中子数 质子数具有不同比例的原因 一 核力与核的稳定性 核力 把原子核中的 维系在一起的力 把核子紧紧地束缚在核内 形成稳定的原子核 核力特点 1 核力是 的一种表现 2 核力是 作用范围在 左右 核素 具有相同 和 的原子核 核素图 用横坐标表示质子数 纵坐标表示中子数 每一种 用一小方块表示 所得到的图象 核力 强相互作用 短程力 2fm 质子数 中子数 核子 核素 核的稳定性 1 核素的稳定区 几乎全落在一条曲线上 或紧靠曲线的两侧的 区域 2 稳定核素的中子数与质子数的关系 随着 的增加 稳定核素的中子数越来越 质子数 结合能 克服核力束缚 使原子核分解为单个核子时 的能量 或若干个核子在核力作用下结合成原子核时 的能量 二 结合能与平均结合能 质子数 稳定 大于 吸收 放出 平均结合能 原子核的结合能与 之比 平均结合能越大 表示原子核中核子结合的越 原子核越 的核的平均结合能最大 也最稳定 质量亏损 1 爱因斯坦质能方程 2 质量亏损 原子核的质量 组成它的所有核子的质量之和 它们的差值称为质量亏损 核子数 牢固 稳定 中等质量 E mc2 小于 平均结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图4 1 1所示 图4 1 1 一 平均结合能与原子核稳定性的关系 从图中可看出 中等质量原子核的平均结合能最大 轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小 1 平均结合能的大小能够反映核的稳定程度 平均结合能越大 原子核就越难拆开 表示该核就越稳定 2 核子数较小的轻核与核子数较大的重核 平均结合能都比较小 表示原子核不太稳定 中等核子数的原子核 平均结合能较大 表示原子核较稳定 平均结合能与原子核稳定性的关系 3 当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时 就可释放核能 例如 一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核 或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核 都能释放出巨大的核能 在核反应中是释放能量还是吸收能量 需要确定反应前后质量的变化情况 若质量减少即发生了质量亏损 则释放出能量 若质量增加 则吸收能量 爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系 并不表示质量和能量之间的转变关系 对于质量亏损 不能理解为质量转变成了能量 质能方程的本质是 二 判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法 三 对质能方程本质的理解 质量或能量是物质的属性之一 绝不能把物质和它们的某一属性 质量和能量 等同起来 质能方程揭示了质量和能量的不可分割性 建立了这两个属性在数值上的关系 这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒 质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化 质量亏损不是否定了质量守恒定律 根据爱因斯坦的相对论 辐射出的 光子静质量虽然为零 但它有动质量 而且这个动质量刚好等于亏损的质量 所以质量守恒 能量守恒仍成立 1 2 3 关于核力 以下说法正确的是 A 核力是弱相互作用 作用力很小B 核力是强相互作用的表现 是强力C 核子之间的距离小于0 8 10 15m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起D 人们对核力的了解很清楚 特别是在小于0 8 10 15m时核力的变化规律更清楚 典例1 对核力的理解 解析要掌握好核力的基本特点 掌握核力与万有引力 电磁力的区别 这是解决核力问题的关键 核力是强相互作用的一种表现 它的作用范围在1 5 10 15m之内 核力比库仑力大得多 因此选项B正确 A错误 核力在大于0 8 10 15m时表现为吸引力 且随距离的增大而减小 在距离小于0 8 10 15m时 核力表现为斥力 因此核子不会融合在一起 所以选项C正确 人们对核力的了解还不是很清楚 这是科学家们奋力攻克的堡垒 故选项D不正确 答案BC 下列关于核力的说法正确的是 A 核力同万有引力没有区别 都是物体间的作用B 核力就是电磁力C 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内D 核力与电荷有关解析核力是短程力 超过1 5 10 15m 核力急剧下降几乎消失 故C正确 核力与万有引力 电磁力不同 故A B错 核力与电荷无关 故D错 答案C 变式1 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 典例2 对质能方程的理解 5 0316u 反应后产物总质量m2 4 0026u 1 0087u 5 0113u 总质量减少 出现了质量亏损 根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量 故B正确 答案B借题发挥在核反应中 是释放能量还是吸收能量 需要确定反应前 后质量的变化 若质量减少即发生了质量亏损 则释放出能量 反之吸收能量 由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系 易误选D 注意此反应过程质量发生亏损 释放出能量 下列说法中正确的是 A 爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是能量 它们之间可以互相转化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含能量的量度C 核反应中发现的 质量亏损 是消失的质量转化成的D 因在核反应中产生能量 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答案B 变式2 A 反应过程中的质量亏损是0 0078uB 反应过程中的质量亏损是1 29 10 29kgC 反应过程中释放的能量是7 27MeVD 反应过程中释放的能量是1 16 10 19J 典例3 核能的计算 答案ABC借题发挥核能的计算方法 1 根据质量亏损计算 根据核反应方程 计算核反应前和核反应后的质量亏损 m 根据爱因斯坦质能方程 E mc2计算核能 其中 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 E m 931 5MeV 其中 m的单位是u E的单位是MeV 3 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 利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化 4 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 解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能E1 1 09 2 2 78 3 MeV 10 52MeV 反应后生成的氦核的结合能E2 7 03 4MeV 28 12MeV 由于单个核子无结合能 所以聚变过程释放出的能量 E E2 E1 28 12 10 52 MeV 17 6MeV 答案17 6MeV 变式3 氦原子核由两个质子与两个中子组成 这两个质子之间存在着万有引力 库仑力和核力 则此三种力从大到小的排列顺序是 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 万有引力解析本题考查核子间作用力的大小 核子间的核力最大 万有引力最小 D项正确 答案D 对核力的理解 1 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 下列说法中不正确的是 A E mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B 根据 E mc2可以计算核反应中释放的核能C 一个中子和一个质子结合成氘核时 释放出核能 表明此过程中出现了质量亏损D E mc2中的E是发生核反应中释放的核能 质能方程的理解 2 解析爱因斯坦质能方程E mc2 定量地指出了物体能量和质量之间的关系 A正确 由质能方程知 当物体的质量减少时 物体的能量降低 向外释放了能量 反之 若物体的质量增加了 则物体的能量升高 表明它从外界吸收了能量 所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化 故B C正确 D错误 答案D 在真空中 原来静止的原子核X在进行 衰变时 放出的 粒子的动能为E0 假设衰变后产生的新核用字母Y表示 衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来 真空中的光速为c 原子核的质量之比等于质量数之比 原子核的重力不计 1 写出衰变的核反应方程 2 求衰变过程中总的质量亏损 核能的计算 3 2 根据动量守恒定律 反冲核Y的动量与 粒子的动量大小相等