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高中物理第三章原子核34原子核的结合能导学案教科版

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高中物理第三章原子核第4节原子核的结合能教学案教科版

高中物理第三章原子核第4节原子核的结合能教学案教科版

第4节 原子核的结合能(对应学生用书页码P42)一、原子核的结合能及计算1．结合能 核子结合成原子核所释放的能量，或者是原子核被拆分为各核子时克服核力所需做的功。

2．结合能的计算 (1)质量亏损：核反应中，质量的减少量(Δm )。

(2)结合能计算公式：ΔE ＝Δmc 2。

二、比结合能曲线1．比结合能对某种原子核，平均每个核子的结合能，表达式为ΔE A，其中ΔE 为原子核的结合能，A 为总核子数。

2．比结合能意义比结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，比结合能是原子核稳定程度的量度。

3．比结合能曲线(1)曲线：(如图3­4­1)所示。

图3­4­1(2)曲线意义：①曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的比结合能最大，核最稳定。

②重核和轻核比结合能小，即重核裂变时或轻核聚变时，要释放核能。

1．判断：(1)自然界中的原子核内，质子数与中子数都大约相等。

( )(2)比结合能越大的原子核越稳定。

( )(3)质量和能量之间可以相互转变。

( )答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？提示：不对。

在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化。

(对应学生用书页码P42)对结合能与比结合能的理解1.结合能要把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量。

2．比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度。

3．比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3­4­2所示。

图3­4­2从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小。

4．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。

高中物理 - 教科版目录(全套)

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高中物理 - 教科版目录（全套）【1】必修一第一章运动的描述1.1 质点参考系空间时间1.2 位置变化的描述位移1.3 直线运动中位移随时间变化的.1.4 运动快慢与方向的描述1.5 直线运动速度随时间变化的图.1.6 速度变化快慢的描述加速度1.7 匀速直线运动的规律1.8 匀速直线运动的规律的应用1.9 匀速直线运动的加速度第二章力2.1 力2.2 重力2.3 弹力2.4 摩擦力2.5 力的合成2.6 力的分解第三章牛顿运动定律3.1 从亚里士多德到伽利略3.2 牛顿第一定律3.3 牛顿第二定律3.4 牛顿第三定律3.5 牛顿运动定律的应用3.6 自由落体运动3.7 超重与失重3.8 汽车安全运行与牛顿运动定律第四章物体的平衡4.1 共点力作用下物体的平衡4.2 共点力平衡条件的应用4.3 平衡的稳定性（选学）必修二第一章抛体运动1.1 曲线运动1.2 运动的合成与分解1.3 平抛运动1.4 斜抛运动第二章圆周运动2.1 描述圆周运动2.2 圆周运动的向心力2.3 匀速圆周运动的实例分析2.4 圆周运动与人类文明（选学）第三章万有引力定律3.1 天体运动3.2 万有引力定律3.3 万有引力定律的应用3.4 人造卫星宇宙速度第四章机械能和能源4.1 功4.2 功率4.3 动能与势能4.4 动能定理4.5 机械能守恒定律4.6 能源的开发与利用第五章经典力学的成就与局限性5.1 经典力学的成就与局限性5.2 了解相对论5.3 初识量子论文科选修 - 选修1-1第一章电荷与电场1.1 静电现象及其应用1.2 点电荷之间的相互作用规律-库.1.3 电场第二章电流与磁场2.1 磁场现象与电流的磁效应2.2 磁场2.3 电磁感应定律2.4 磁场对运动电荷的作用力第三章电路3.1 直流电路3.2 交变电路第四章电磁场与电磁波4.1 电磁场4.2 电磁波4.3 电磁波普第五章电能及电信息的应用5.1 发电原理5.2 电能的运输5.3 电能的转化及应用5.4 信息概念及用电传输信息的方.5.5 电信息技术的几项重要作用5.6 传感器及应用第六章家用电器与家庭生活现代化6.1 家用电器的一般介绍6.2 电“热”类家用电器6.3 电动类与电光类家用电器6.4 信息类家用电器6.5 家用电器的选购及使用6.6 家电、家庭、社会和家电的未.第七章电磁技术与社会发展7.1 电磁学与电磁技术的关系及其.7.2 电磁技术对人类社会发展的贡.理科选修 - 选修3-1第一章电场1.1 电荷电荷守恒定律1.2 库仑定律1.3 电场电场强度和电场线1.4 电势差1.5 电势差与电场强度的关系1.6 电容器和电容1.7 静电的利用及危害第二章直流电路2.1 欧姆定律2.2 电阻定律2.3 焦耳定律2.4 电阻的串联、并联及其应用2.5 伏安法测电阻2.6 电源的电动势和内阻2.7 闭合电路欧姆定律2.8 欧姆表多用电表2.9 逻辑电路和控制电路第三章磁场3.1 磁现象磁场3.2 磁感应强度磁通量3.3 磁场对电流的作用-安培力3.4 磁场对运动电荷的作用-落伦兹.3.5 洛伦兹力的应用选修3-2第一章电磁感应1.1 电磁感应现象的发现1.2 感应电流产生的条件1.3 法拉第电磁感应定律1.4 楞次定律1.5 电磁感应中的能量转化与守恒1.6 自感日光灯1.7 涡流研究课题测量玩具电动机运转时的.第二章交变电流2.1 交变电流2.2 描述正弦交流电的物理量2.3 实验：练习使用示波器2.4 电容器在交流电路中的作用2.5 电感器在交流电路中的作用2.6 变压器2.7 电能的输送第三章传感器3.1 传感器3.2 温度传感器和光电式传感器3.3 生活中的传感器3.4 实验探究：简单的光控和温控.选修3-3第一章分子动理论与统计思想1.1 物体是由大量分子组成的1.2 分子的热运动1.3 分子间的相互作用力1.4 统计规律分子运动速率分布1.5 温度内能气体的压强1.6 实验探究：用油膜法测油酸分.第二章固体和液体2.1 晶体和非晶体2.2 半导体2.3 液体的表面张力2.4 液晶第三章气体3.1 气体实验定律3.2 气体实验定律的微观解释及图.3.3 理想气体3.4 饱和汽与未饱和汽3.5 空气的湿度第四章能量守恒与热力学定律4.1 能量守恒定律的发现4.2 热力学第一定律4.3 宏观热过程的方向性4.4 热力学第二定律4.5 熵概念初步第五章能源与可持续性发展5.1 能源与人类生存的关系5.2 能源利用与环境问题5.3 可持续发展战略选修3-4第一章机械振动1.1 简谐运动1.2 单摆1.3 简谐运动的图像和公式1.4 阻尼振动受迫振动1.5 实验探究：用单摆测定重力加.第二章机械波2.1 机械波德形成和传播2.2 横波德图像2.3 波德频率和波速2.4 惠更斯原理波德反射与折射2.5 波德干射、衍射第三章电磁振荡电磁波3.1 电磁振荡3.2 电磁场和电磁波3.3 电磁波普电磁波的应用3.4 无线电波发射、传播和接收第四章光的折射4.1 光的折射定律4.2 实验探究：测定玻璃的折射率4.3 光的全反射第五章光的波动性5.1 光的干涉5.2 实验探究：用双缝干涉观光的.5.3 光的衍射与偏振5.4 激光第六章相对论6.1 经典时空观6.2 狭义对相对论的两个基本假设6.3 相对论时空观6.4 相对论的速度变换定律质量和.6.5 广义相对论选修3-5第一章碰撞与能量守恒1.1 碰撞1.2 动量1.3 动量守恒定律1.4 动量守恒定律的应用第二章原子结构2.1 电子2.2 原子的核式结构模型2.3 光谱氢原子光谱2.4 波尔的原子模型能级第三章原子核3.1 原子核的组成与核力3.2 放射性衰变3.3 放射性的应用、危害与防护3.4 原子核的结合能3.5 核裂变3.6 核聚变3.7 粒子物理学简介第四章波粒二象性4.1 量子概念的诞生4.2 光电效应与光量子假说4.3 光的波粒二象性4.4 实物粒子的波粒二象性4.5 不确定关系统计人：*****************。

高中物理第三章原子核第1节原子核的组成与核力教学案教科版选修3

高中物理第三章原子核第1节原子核的组成与核力教学案教科版选修3

第1节原子核的组成与核力(对应学生用书页码P32)一、原子核的组成1．质子的发现为了探测原子核的结构，1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子。

实验表明质子是原子核的组成部分。

2．中子的发现卢瑟福发现质子后，预想核内还有一种不带电的中性粒子。

1932年，查德威克利用α粒子轰击铍时，证明了中子的存在。

3．原子核的组成(1)组成：原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子。

(2)原子核的符号：A Z X，其中X表示元素，A表示质量数，Z表示核电荷数。

(3)基本关系：核电荷数＝质子数＝原子序数质量数＝质子数＋中子数＝核子数(4)同位素：具有相同质子数、不同中子数的原子核互称同位素。

如氢的三种同位素氕、氘、氚。

二、核力1．定义原子核内相邻核子之间的相互作用力，也称强力。

2．特点(1)在原子核的线度内，核力比库仑力大得多。

(2)核力是短程力，当两核子中心距离大于核子本身线度时，核力几乎完全消失。

(3)核力与电荷无关，质子与质子、中子与中子、质子与中子之间的核力是相等的。

[特别提醒] 质子越多的原子核需要更多的中子来维持核的稳定，在大而稳定的原子核中，中子数大于质子数。

三、核反应1．核反应用一定能量的粒子轰击原子核，改变原子核结构的过程。

2．核反应方程用原子核符号描述核反应过程的式子。

3．书写方程式的原则核反应方程必须满足反应前、后质量数和核电荷数都守恒。

1．判断：(1)卢瑟福发现了中子。

( )(2)具有相同质子数而中子数不同的原子核称为同位素。

( )(3)核反应只改变核外电子数，不会改变原子核的结构。

( )答案：(1)×(2)√(3)×2．思考：一个铅原子质量数为207，原子序数为82，其核外电子有多少个？中子数又是多少？提示：铅的原子序数为82，即一个铅原子中有82个质子，由于原子是电中性的，质子与电子电性相反、电量相同，故核外电子数与核内质子数相同为82个，根据质量数等于质子数与中子数之和的关系，铅原子核的中子数为207－82＝125(个)。

高中物理教科版选修3-5教学案：第三章 章末盘点 Word版含答案

高中物理教科版选修3-5教学案：第三章 章末盘点 Word版含答案
[正确答案]7.585 MeV
专题三
半衰期的计组成的放射性样品中，放射性元素的原子核有一半发生衰变所需的时间。
2、计算公式
N′＝N0( )n或m′＝m0( )n，其中n＝t/T。(式中N′、m′为衰变后剩余的原子数量和质量，N0、m0为衰变前原子数量和质量，n为半衰期个数，t是所用时间)。
(4)在写核反应方程时，应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上；然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核(或未知粒子)的电荷数和质量数；最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子)，并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。
[例1]关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有()
详细解析:选ACE密立根通过油滴实验测出了元电荷即基本电荷的数值，A项正确；贝克勒尔发现了天然放射现象，说明原子核具有复杂的结构，卢瑟福通过α粒子散射实验确定了原子的核式结构模型，B项错误；居里夫妇从沥青铀矿中分离出了钋和镭两种新元素，C项正确；卢瑟福用镭放射出的α粒子轰击氮的原子核，从中找出了新的粒子，通过测定其质量和电荷，确定该粒子为氢的原子核，证实了原子核内部存在质子，D项错误；汤姆孙根据阴极射线在电场和磁场中的偏转情况确定了阴极射线的本质是带电的粒子流，并测出了这种粒子的比荷，E项正确。
5、太阳能是由于太阳内部高温高压条件下的聚变反应产生的，下列核反应属于聚变反应的是()
图1
A. H＋ H―→ He＋ n
B. 7N＋ He―→ 8O＋ H
C. 92U＋ n―→ 54Xe＋ Sr＋10 n
D. 92U―→ 90Th＋ He
详细解析:选AA是聚变反应，B是人工转变的核反应，C是裂变反应，D是α衰变反应，故选项A是正确的。

原子核的结合能

原子核的结合能

原子核的结合能
原子核的结合能是指原子核内部稳定的结构所具有的能量。

这种能量与核子之间的相互作用有关，它是维持原子核的稳定的重要因素。

原子核的结合能越大，核子之间的相互作用越强，原子核越稳定。

原子核的结合能是由强相互作用引起的。

强相互作用是一种极为强大的力，只在极小的距离内产生作用。

这种力可以抵抗原子核内部的静电斥力，使得核子之间保持一定的距离，从而维持原子核的稳定。

原子核的结合能可以通过质量缺失法来测量。

在这种方法中，将待测核素与一个已知质量的核素反应，测量反应产物的质量差异，根据质能守恒定律可以计算出原子核的结合能。

原子核的结合能对于核反应和核能源的应用具有重要意义。

在核反应中，当原子核的结合能被释放出来时，将会释放大量的能量。

核能源的利用也是基于这种原理，通过核反应释放出的结合能来产生能量，是目前重要的能源来源之一。

原子核的结合能还与核素的同位素稳定性有关。

同位素是指原子核中的质子数相同，中子数不同的核素。

当同位素的中子数和质子数相等时，核素最为稳定。

同位素的稳定性与其结合能密切相关，结合能越大，核素越稳定。

由于原子核的结合能对于核反应和核能源的应用具有重要意义，因此对于原子核结合能的研究一直是核物理领域的热点之一。

通过研究不同核素的结合能，可以更好地了解原子核内部的结构和相互作用，从而更好地探索核物理的奥秘。

《原子核的结合能》课件

《原子核的结合能》课件

2
α衰变、β衰变和γ衰变
各种衰变方式具有不同的特点和释放的粒子类型。α衰变放出α粒子，β衰变放出 β粒子，γ衰变放出γ射线。
3
质能守恒定律在衰变中的应用
质能守恒定律说明衰变过程中质能的守恒性，即总质能不受衰变影响。
能级结构
பைடு நூலகம்
原子核的能级结构
能级图的构建
原子核中存在不同的能级，这些 能级会影响原子核的性质和反应。
能级图以一种直观的方式显示原 子核中的能级分布和跃迁过程。
核素的分裂反应
核裂变是一类重要的反应，可以 释放大量能量，用于核能产生。
原子核的应用
核能应用
• 电力生产 • 放射性同位素检测 • 医学诊断和治疗
七十二碳靶计划
七十二碳靶计划是一项基础研 究计划，旨在探索新的元素和 核结构。
化学元素的合成与发 现
研究原子核可以帮助科学家合 成和发现新的化学元素。
总结
1 原子核结合能及稳定性
原子核的结合能决定了核的稳定性，影响着核的性质和反应。
2 原子核衰变及能级结构
原子核衰变是核自发变成更加稳定核的过程，能级结构决定了核的能量和跃迁。
3 原子核在应用中的重要性
原子核的应用广泛涉及能源、医疗和基础研究等领域。
《原子核的结合能》PPT 课件
原子核的结合能是研究核物理领域中重要的概念。结合能定义和影响因素、 核稳定性、原子核衰变、能级结构以及原子核的应用将在本课件中详细介绍。
什么是原子核结合能
定义
原子核结合能是维持原子核的稳定所需的能量，表示核内的质子和中子之间的相互作用力。
影响因素
核子数量、核子质量、核子结合方式等因素都会影响原子核的结合能。
原子核稳定性的判据

高中化学原子核教案

高中化学原子核教案
教学内容：原子核的结构
教学目标：
1. 理解原子核的构成和性质；
2. 掌握原子核的重要概念和相关术语；
3. 能够解释原子核的稳定性和放射性的原因。

教学重点：原子核的组成和性质
教学难点：解释原子核的放射性
教学过程：
一、导入（5分钟）
通过展示一些具有放射性的物质或者核反应的实验视频，引出原子核的话题，让学生了解原子核的重要性和奥秘性。

二、讲解原子核的结构（15分钟）
1. 原子核由质子和中子组成，质子和中子的质量和电荷；
2. 原子核的大小和质量与整个原子的比较；
3. 原子核的核电荷和核子数的关系。

三、讨论原子核的稳定性（15分钟）
1. 什么是原子核的稳定性；
2. 为什么存在稳定的原子核和不稳定的原子核；
3. 通过示意图和具体的例子，让学生理解原子核的稳定性和放射性的原因。

四、实验探究（20分钟）
让学生进行仿真实验，通过模拟不同原子核的排列和组合，观察不同原子核的性质和稳定性，探索原子核的构成和性质。

五、总结和展望（5分钟）
通过讨论和总结，让学生重新回顾原子核的重要概念和性质，展望未来的研究方向和应用领域。

教学反思：在教学过程中，要引导学生充分思考和探索，激发他们对化学和核物理的兴趣和热情，提高他们的学习积极性和创新能力。

同时，要及时总结和提炼教学经验，不断完善教学内容和方法，提高教学效果和质量。

教科版高中物理教材目录

教科版高中物理教材目录令狐采学高中物理必修1第一章运动的描述1．质点参考点空间时间2．位置变更的描述位移3．直线运动中位移随时间变更的图像4．运动快慢与标的目的的描述速度5．直线运动中速度随时间变更的图像6．速度变更快慢的描述加速度7．匀变速直线运动的规律8．匀变速直线运动规律的应用9．匀变速直线运动的加速度测定第二章力1．力2．重力3．弹力4．摩擦力5．力的合成6．力的分化第三章牛顿运动定律1．亚里士多德到伽利略2．牛顿第一定律3．牛顿第二定律4．牛顿第三定律5．牛顿运动定律的应用6．自由落体运动7．超重与失重8．汽车平安运行与牛顿运动第四章物体的平衡1．共点力作用下物体的平衡2．共点力平衡条件的应用3．平衡的稳定性高中物理必修二第一章抛体的运动1．曲线运动2．运动的合成与分化3．平抛运动4．斜抛运动第二章圆周运动1．描述圆周运动2．圆周运动的向心力3．匀速圆周运动的实例阐发4．圆周运动与人类文明第三章万有引力定律1．天体运动2．万有引力定律3．万有引力定律的应用4．人造卫星宇宙速度第四章机械能和能源1．功2．功率3．动能与势能4．动能的定理5．机械能守恒定律6．能源的开发与利用第五章经典力学的成绩与局限性1．经典力学的成绩与局限性2．了解相对论3．初识量子论选修31第一章电场1．电荷电荷守恒定律2．库仑定律3．电场电场强度和电场线4．电势差5．电势差与电场强度的关系6．电容器和电容7．静电的利用及危害第二章直流电路1．欧姆定律2．电阻定律3．焦耳定律4．电阻的串连、并联及其应用5．伏安法测电阻6．电源的电动势和内阻7．闭合电路的欧姆定律8．欧姆表、多用电表9．逻辑电路和控制电路第三章磁场1．磁现象磁场2．磁感应强度磁通量3．磁场对电流的作用——安培力4．磁场对运动电荷的作用——洛伦兹力5．洛伦兹力的应用选修32第一章电磁感应1．电磁感应现象的发明2．感应电流产生的条件3．法拉第电磁感应定律4．楞次定律5．电磁感应中的能量转化守恒6．自感日光灯7．涡流第二章交变电流1．交变电流2．描述正弦交流电的物理量3．实验：练习使用示波器4．电容器在交流电路中的作用5．电感器在交流电路中的作用6．变压器7．电能的输送第三章传感器1．传感器2．温度传感器和光电式传感器3．生活中的传感器4．实验探究：简单的光控和温控电路选修33第一章分子动理论与统计思想1．物体是由年夜量分子组成的2．分子的热运动3．分子间的相互作用力4．统计规律分子运动速率散布5．温度内能气体的压强6．实验探究：用油膜法估测油酸分子的年夜小第二章固体和液体1．晶体和非晶体2．半导体3．液体的概略张力4．液晶第三章气体1．气体实验定律2．气体实验定律的微观解释及图像暗示3．理想气体4．饱和汽与未饱和汽5．空气的温度第四章能量守恒与热力学定律1．能量守恒定律的发明2．热力学第一定律3．宏观热过程的标的目的性4．热力学第二定律5．熵概念初步第五章能源与可继续成长1．能源与人类生存的关系2．能源利用与环境问题3．可继续成长战略选修34第一章机械振动1．简谐运动2．单摆3．简谐运动的图像和公式4．阻尼振动受迫振动5．实验探究：用单摆测定重力加速度第二章机械波1．机械波的形成和传播2．横波的图像3．波的频率和波速4．惠更新原理波的反射与折射5．波的干射衍射6．多普勒效应第三章电磁振荡电磁波1．电磁振荡2．电磁场和电磁波3．电磁波谱电磁波的应用4．无线电波的发射、传播和接收第四章光的折射1．光的折射定律2．实验探究：测定玻璃的折射率3．光的全反射第五章光的摆荡性1．光的干涉2．实验探究：用双缝干涉油光的波长3．光的衍射与偏振4．激光第六章相对论1．经典时空观2．狭义相对论的两个基本假设3．相对论时空观4．相对论的速度变换定律质量和能量的关系5．广义相对论选修35第一章碰撞与动量守恒1．碰撞2．动量3．动量守恒定律4．动量守恒定律的应用第二章原子结构1．电子2．原子的核式结构模型3．光谱氢原子光谱4．玻尔的原子模型能级第三章原子核1．原子核的组成与核力2．放射性衰变3．放射性的应用、危害与防护4．原子核的结合能5．核裂变6．核聚变7．粒子物理学简介第四章波粒二象性1．量子概念的出生2．光电效应与光量子假说3．光的波粒二象性4．实物粒子的波粒二象性5．不确定关系。

高中物理 原子原子核·原子核的结合能·教案

原子原子核·原子核的结合能·教案一、教学目标1．物理知识方面的要求．(1)了解核力的基本特点．(2)理解原子核的结合能概念．(3)掌握质能联系方程．2．物理思想方面的教育．人类从利用燃料的化学能到掌握利用原子核能的过程，反映了人类对物质世界的认识不断深化的过程．二、重点、难点分析1．质能联系方程．2．质量转化为能量是一种误解．三、主要教学过程(一)引入新课原子核是原子中体积很小但却集中了几乎原子全部质量的带正电的中心体，原子核的半径的数量级为10-15m．在极小的原子核中，存在着Z个质子，(A-Z)个中子．不难根据万有引力定律和库仑定律计算出原子核中的两个质子之间的万有引力与库仑力的比值，这一比值约为10-38！在巨大的库仑斥力作用下，通常的原子核却是异常稳定的．这说明在原子核中，除了质子之间的库仑斥力外，还应存在另一种力，它把核子紧密地联系在一起．(二)教学过程设计1．核力．这种能够把核中的各种核子联系在一起的更为强大的力叫做核力．尽管人们对核力的研究有了重大进展，但对揭示核力的本质还相去甚远，许多问题有待进一步研究．核力具有以下的一些特点：(1)短程性．它只在10-15m内作用．当在2×10-15～3×10-15m区域的表现为一种很弱的吸引力．当在0.3×10-15～2×10-15m区域内表现为很强的吸引力，其强度比库仑力大两个数量级．正是这种强大的吸引力，使原子核中的质量不致因相互排斥而散开．当两个核子之间的距离小于0.3×10-15m时，将受很强的斥力，它保证了原子核不致坍缩．(2)饱和性．核子的半径约为0.8×10-15m，由于上述核力的短程性可以看出，每个核子只与它相邻的核子有作用力，而不是与核中的所有核子都有作用力．(3)电荷的无关性．即核中的核子，不论是质子与质子，中子与中子，质子与中子，它们之间的核力是一样的．2．结合能．由于原子核中的核子之间存在着强大的核力，使原子核组成一个十分坚固的集合体．如果把原子核拆成自由核子，需要克服强大的核力做十分巨大的功，或说需要巨大的能量．氘核是一个结构较为简单的原子核，实验表明，可用γ光子使氘核分解为1个质子和1个中子，这时的核反应方程是：入射的光子的能量至少是2.22MeV．对于相反的过程，当1个质子和1个中子结合成1个氘核时，要放出2.22MeV的能量．这一能量以γ光子的形式辐射出去．可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；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．当然，2.22MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果组成的是6.02×1023个氘核时，放出的能量就十分可观了．与之相对照的是，使1摩的碳完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍．3．质能联系方程．如何求出原子核的结合能呢？伟大的物理学家爱因斯坦从相对论得出质量和能量之间存在如下的关系：E=mc2．这个方程叫做爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程，式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量．该方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比．由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的、质量为1kg的物体所具有的能量为9×1016J，这一能量相当于一个100万kW的发电厂三年的发电量．对此，爱因斯坦曾说过：“把任何惯性质量理解为能量的一种贮藏，看来要自然得多．”物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δ的关系．ΔE=Δmc2．问题是；为了获得能量ΔE，怎样产生相应的Δm，当自由核子组成原子核时，要放出结合能，原子核的能量比组成原子核的核子的能量小，所以原子核的质量要比组成核的核子质量小．4．质量亏损．我们把组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损．如果可以知道核的质量亏损，就可以根据质能方程，计算出原子核的结合能．例如，氦核是由2个质子和2个中子组成的．1个质子的质量m p=1.007277u，1个中子的质量m n=1.008665u．这四个核子的质量为4.031884u，但氦核的质量为4.001509u．这里u表示原子质量单位，1u=1.660566×10-27kg．由上述数值，可以求出氦核的质量亏损Δm=4.031884-4.001509=0.030375u．在原子核物理学中，核子与核的质量通常都是用原子质量单位表示，而核的结合能通常用兆电子伏表示．按质能方程可以求出1u=931.5 MeV，所以氦核的结合能为0.030375×931.5=28.3 MeV．练习(由学生自己完成)：氘核的质量为2.013553u，由此计算氘核的结合能．解：m n=1.008665u，m p=1.007277u．中子和质子的质量和：2.015941u．质量亏损Δm=2.015941u-2.013553u=0.002388u．氘核的结合能ΔE=Δmc2=0.002388×931.5=2.22 MeV．5．正确认识质量亏损．在谈到结合能和质量亏损时，有的学生误认为，当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程中，是质量变成能量．这是对质能方程的一种误解．按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大．物体运动时的运动质量与物体静止时的静止质量间存在一定关系．当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化很不明显．上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静质量．质量亏损，是静质量发生了变化，但在这一过程中，2.22 MeV的能量是以辐射光子形式放出的．光子的静质量为零，但这个光子的运动质量为：光子的能量/c2．由此可见，当计算进光子的质量后，虽说反应前后发生了质量亏损，这部分亏损，与光子的运动质量是相同的．反应前后的质量仍是守恒量，质量亏损并非这部分质量消失．当然，也就不存在质量转变成能量的问题．(三)课堂小结自然界中物体的质量和能量间存在着一定关系：E=mc2，可见物质世界贮藏着巨大能量．问题是，如何使贮藏的能量释放出来．人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能．在发生化学反应时，是原子外层电子的得失．这种情况下，人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”．在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量．这里的变化，属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能．由前述二例可以看出，核反应中的质量亏损仍然是十分有限的．换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的．迄今为止，人类所利用的能量还只是很小的一部分．如果，人类在探索中，能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量．(四)作业《高中物理读本》第三册p．3321～2．四、教学说明1．大多数的原子核是十分稳定的，这充分反映了核力此时体现为强大的引力．此点不能讲得太过分，否则在强大的核力作用下，原子核虽不会散裂，但有可能坍缩．因而，对核力的短程性，略作了些补充．2．在讲解“正确认识质量亏损”这部分内容时，需根据学生的可接受性，适当把握讲课的深度．3．本节的中心内容是质能方程．现简介一下该公式的推导过程，供老师们参考．按照相对论质量公式．动量可表示为由动能定理如果质量的速度由0增加到v，获得的总动能爱因斯坦认识到物体的惯性大小，即质量大小是与能量有关的，只相差一个常量因子c2．于是爱因斯坦给出了著名的质能方程E=mc2．前式可写为mc2=E K+m0c2．式中m0c2称作物体的静止能量，简称静能．mc2称作物体的总能理．因此，上式可说成是物体的总能量为物体的动能与静能之和．。

第三章原子核的结合能

犹如液滴中分子一样”－－这就是液滴模型。 由于质子带正电，原子核的液滴模型把原子核当作荷电
的液滴。
B BV BS BC Bsym Bp
❖ 体积能项
BV
V
4 R3
3
4
3
1
r0 A 3
3
BV aV A
❖ 表面能项
BS
S 4R 2
4
1
要使原子核再分解为单个的质子 和中子就必须吸收E的能量。
爱因斯坦
氘 E
质子 中子
氘核吸收E能量后分解为质子和中子
原子核的结合能
质量亏损：核子结合成原子核以后的质量损失。
m Zmp mn mX
相应的能量值：
B mc2 Zmp Nmn mX c2
结合能：
r0 A 3
2
2
BS aS A 3
❖ 库仑能项
BC

aC
Z
2
A
1 3
❖ 对称能项
Bsym

asym

A 2

Z
2
A1
❖ 对能项
BC


a
p
A
1 2
1
0
1
偶偶核 奇A核 奇奇核
结合能的半经验公式
B

av A
2
as A3

ac
Z
2

A
1 3
asym(
Note: the liquid-drop always has a minimum for spherical shapes, deformed ground states are a consequence of shell corrections
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4 原子核的结合能[目标定位] 1.理解原子核的结合能的概念.2.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行核能的计算.一、结合能1．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．2．平均结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫平均结合能，平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等大小的核的平均结合能最大、最稳定．二、质量亏损1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2.2．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．3．亏损的质量与释放的能量间的关系：ΔE＝Δmc2.想一想有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？答案不对，在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．三、平均结合能曲线由原子核的平均结合能曲线可以看出：第一，平均结合能越大，取出一个核子就越困难，核就越稳定，平均结合能是原子核稳定程度的量度；第二，曲线中间高两头低，说明中等质量的原子核的平均结合能最大，近似于一个常数，表明中等质量的核最稳定；第三，质量较大的重核和质量较小的轻核平均结合能都较小，且轻核的平均结合能还有些起伏．预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、结合能与平均结合能的理解1．平均结合能曲线：不同原子核的平均结合能随质量数变化图线如图1所示．图1从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能量大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小．2．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能．3．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等核子数的原子核，平均结合能较大，原子核较稳定．【例1】 下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有( ) A ．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B ．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大 C ．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大 D ．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 答案 D解析 核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A 选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B 、C 选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D 选项正确． 借题发挥 结合能、平均结合能的对比理解(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．(2)平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能大．针对训练 1 一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________________．该反应放出的能量为Q ，则氘核的平均结合能为________________． 答案 10n ＋11H ―→21H Q2解析 方程式：10n ＋11H ―→21H核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能．它的结合能与核子数之比，称作平均结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以平均结合能为Q2.二、质量亏损和核能的计算 1．对质能方程和质量亏损的理解 (1)质能方程质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E ＝mc 2. (2)质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE ＝Δmc 2. 2．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm . ②根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能． 其中Δm 的单位是千克，ΔE 的单位是焦耳． (2)利用原子质量单位u 和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即ΔE ＝Δm ×931.5 MeV.其中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV.【例2】 某核反应方程为21H ＋31H →42He ＋X.已知21H 的质量为2.013 6 u ，31H 的质量为3.018 0 u ，42He 的质量为4.002 6 u ，X 的质量为1.008 7 u ．则下列说法中正确的是( ) 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 答案 B解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H ＋31H→42He ＋10X ，X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋3.018 0 u ＝5.031 6 u ，反应后产物总质量m 2＝4.002 6 u ＋1.008 7 u ＝5.011 3 u ．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．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．若反应后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．针对训练2 已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.对结合能和平均结合能的理解1．(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是( )A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大答案ABC解析原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量．对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能．不同原子核的平均结合能不同．重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小，综上所述，正确选项为A、B、C.2．(多选)对结合能、平均结合能的认识，下列正确的是( )A．一切原子核均具有结合能B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．平均结合能越大的原子核越稳定答案AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确、B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误、D正确．质量亏损和核能的计算3．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2答案 C解析由质能方程知，该反应释放核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2，故C对，A、B、D均错．4．一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)答案(1)73 Li＋11H―→242He(2)2.78×10－12 J解析(1)73 Li＋11H―→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg释放的能量ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.78×10－12 J(时间：60分钟)题组一对结合能的理解1．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项D错误．题组二质量亏损和核能的计算2．如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．3．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD解析一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．4．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n―→21H ＋γ，以下说法中正确的是( )A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确答案AC解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C.5．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)uc2B．(m1＋m2－M)u×931.5 JC．(m1＋m2－M)c2D．(m1＋m2－M)×931.5 eV答案 C解析在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C 正确，A、B、D错．6．(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV 是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案AD解析用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A正确、B错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误、D正确．7．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，已知31H的平均结合能是2.78 MeV，21 H的平均结合能是 1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.答案17.6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＝10.52 MeV.反应后生成的氦核的结合能E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.题组三综合应用8．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的AE X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为____________________________________________________________________． (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X ―→42He ＋42He(或11H ＋73Li ―→42He ＋42He) (2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→42He ＋42He 或11H ＋73Li ―→42He ＋42He.(2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－133.0×1082 kg ＝3.1×10－29 kg. 9．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为1.008 7 u ，质子的质量为1.007 3 u ，氦核的质量为4.002 6 u ，试计算中子和质子生成1 kg 的氦时，要释放出多少核能？ 答案 6.59×1014J解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据 1 kg 氦核的个数即可求出释放的总的核能．核反应方程 211H ＋210n ―→42He生成一个氦核过程的质量亏损Δm ＝(1.008 7 u ＋1.007 3 u)×2－4.002 6 u ＝0.029 4 u ， 释放的核能ΔE ＝0.029 4×931.5 MeV＝27.386 MeV 生成1 kg 氦核释放的能量E ＝n ΔE ，E ＝1 0004×6.02×1023×27.386×106×1.6×10－19 J ＝6.59×1014J. 10．一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27kg ，1u 相当于931.5 MeV 的能量) (1)写出铀核的衰变反应方程； (2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？ 答案 (1)23292U ―→22890Th ＋42He (2)5.50 MeV (3)5.41 MeV 解析 (1)23292U ―→22890Th ＋42He(2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.005 9 u ΔE ＝Δmc 2＝0.005 9×931.5 MeV＝5.50 MeV (3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等， 即p Th ＋(－p α)＝0，p Th ＝p αE kTh ＝p 2Th 2m Th ，E kα＝p 2α2m α，E kTh ＋E kα＝ΔE所以α粒子获得的动能E kα＝m Th m α＋m Th ·ΔE ＝2284＋228×5.5 MeV＝5.41 MeV。