高中物理-原子、原子核·原子核的结合能教案.pdf
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1、高中物理高中物理-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、主要教学过程三、主要教学过程(一一)引入新课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
2、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(二二)教学过程设计教学过程设计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 210-15310-15m 区域的表现为一种很弱的吸引力当在 0.310-15210-15m 区域内表现为很
3、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 0.310-15m 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 0.810-15m,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
4、简单的原子核,实验表明,可用光子使氘核分解为 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 6.021023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 393.5103J折合为每个碳原子在完全
5、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 91016J,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
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