高中物理人教版选择性必修第三册复习课：原子核（第三课时）.docx

教学设计

课程基本信息

学科

高中物理

年级

高三

学期

秋季

课题

原子核（第三课时）

教学目标

1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。

2.理解结合能和比结合能的概念。

3.知道原子核的质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。

4.知道什么是核裂变、核聚变和链式反应。

5.会书写核裂变和核聚变方程，会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。

6.了解核反应堆的工作原理，知道如何控制核反应的速度。

教学重难点

教学重点：

1.理解结合能和比结合能的概念。

2.知道链式反应和核聚变的条件。

教学难点：

1.会利用质量亏损计算核裂变和核聚变产生的核能。

2.能应用质能方程进行相关的计算。

教学过程

一、核力与四种基本相互作用

知识链接：核力与四种基本相互作用

1．核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。

2．强相互作用的特点

(1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15m。

(2)距离增大时，强相互作用急剧减小。超过10－15m，强相互作用不存在。

3．弱相互作用

(1)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。

(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m。

4．四种基本相互作用

二、结合能

知识链接：结合能

1.结合能：原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能。

2.结合能大小的因素：组成原子核的核子数，组成原子核的核子数越多，结合能越大。

思考与讨论1如果结合能越大，就说明把原子核分开，所需要的总能量越大，是不是就意味着原子核越稳定吗？

答案结合能越大，但把核子分开不一定困难，不能说明它稳定。

知识链接：比结合能

原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。不同原子核的比结合能是不一样的，右图是按照实际测量结果画的图线。可以看出，中等大小的核的比结合能最大，这些核最稳定。

例1(2022·绍兴市统考)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是()

A.eq\o\al(4,2)He核的结合能约为14MeV

B.eq\o\ar(6,3)Li核比eq\o\ar(4,2)He核更稳定

C．两个eq\o\ar(2,1)H核结合成eq\o\ar(4,2)He核时释放能量

D.eq\o\ar(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\ar(89,36)Kr核中的大

答案eq\o\ar(4,2)He核有4个核子，由比结合能图线可知，eq\o\ar(4,2)He核的比结合能约为7MeV，其结合能约为28MeV，故A错误；比结合能越大，原子核越稳定，由图像可知，eq\o\ar(4,2)He核比eq\o\ar(6,3)Li核的比结合能大，eq\o\ar(4,2)He核比eq\o\ar(6,3)Li核更稳定，故B错误；两个eq\o\ar(2,1)H核结合成eq\o\ar(4,2)He核时，核子的比结合能变大，结合时要放出能量，故C正确；由比结合能图线知，eq\o\ar(235,92)U核中核子的平均结合能比eq\o\ar(89,36)Kr核中的小，故D错误。

三、质量亏损

知识链接：质量亏损

1．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象，叫质量亏损。

2．质能方程

(1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系：ΔE＝Δmc2。

(2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E＝mc2。

例2已知中子的质量mn为1.6749×10-27kg，质子的质量mp为1.6726×10-27kg，氘核的质量mD为3.3436×10-27kg，求中子、质子生成氘核释放的能量。

答案单个的质子与中子的质量之和为

mp＋mn＝（1.6726＋1.6749）×10-27＝3.3475×10-27kg

Δm＝（mp＋mn）－mD＝（3.3475－3.3436）×10-27＝3.90×10-30kg

ΔE＝Δmc2＝3.90×10-30×（3.00×108）2J＝3.51×10-13J

1．根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。

2．根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。

(1)若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳。

(2)若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5MeV计算，即用质量亏