4　放射性的应用与防护教案1

《核力与结合能》教学设计

教学目标：

1、了解四种相互作用，知道核力的特点。

2、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。

3、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

教学重难点：

1、理解核力的特点

2、理解原子核中质子和中子的比例问题

3、质量亏损的计算，结合能和比结合能的理解和计算。

教学过程：

一、引入：

原子核的半径约为10-15m , 只相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的10-36。那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能 二、授新

1．核力与四种相互作用：

相互作用，

相互作用，

相互作用，

相互作用。

（1）核力的特点：

①核力是四种相互作用中的

相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力

得多。

②核力是短程力。约在

量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为

力, 距离为10×10-15m时核力几乎

，距离小于0.8×10-15m时为

力，因此核子不会融合在一起。

③核力具有饱和性。每个核子只跟

的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。

④核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子

无关。

（2）弱相互作用

弱相互作用是引起原子核发生β衰变的原因,即引起中子→质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为

，作用强度比电磁力

。

2．原子核中质子和中子的比例

轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数大致相等；对轻核而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。

重核（原子序数大于20）的质子数小于中子数；对于重核而言，核子数量大，核子间距也大，由于核力的饱和性，核力会因为核子间距的变大而大幅度减小，甚至小于电磁力。如果质子和中子再成对出现，原子核不稳定；如果只增加中子，由于中子之间不存在库仑力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以重核内中子数会明显大于质子数。

由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是

不稳定的。

例1：关于核子接合成原子核，下列说法正确的是（

）

A．原子核内的核子间均存在核力

B．原子核内的质子间均存在核力与库仑力

C．稳定的原子核的质子数总是与中子数相等

D．对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力，维系原子核稳定的作用

3．结合能与比结合能：

（1）结合能E：

（2）比结合能e：

（3）不同原子核的比结合能是

的，中等质量的原子核比结合能最

，轻核和重核的比结合能要

些。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越

，原子核越

。因为比结合能越大，将每个核子分开所需的能量越大。

（4）核反应释放能量的计算方法：

238924238234，设比结合能为，eU234ThHeU19029290Th的比4结合能为e2，2He的比结合能为e3。

则核反应释放的能量为：

。

例2：如果把16要给它多少能量？把它分成4个2He，要给它8O分成8个质子和8个中子，多少能量？已知168O的比结合能是7.98Mev，2He的比结合能为7.07 Mev。

4．质量亏损

（1）爱因斯坦质能方程：E＝mc2，能量减小ΔE=Δm·c2。

一定的质量具有的总能量是一定的。物体的质量增加，则总能量增加，质量减小，则总能量减少。

例3：已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？

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（2）

质量亏损：并不是指质量消失，减少的质量以能量的形式辐射出去了。

112例4：中子和质子结合成氘核，同时释放γ光子，核反应方程是1H0n1H,下列说法正确的是（

）

A.

反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量和

B.

反应前后质量数不变，因而质量不变

C.

核子结合成核时，一定释放核能

D.

γ光子具有的能量为Δm·c2，Δm为核反应中的质量亏损

5．核能计算办法总结：

（1）根据质量亏损计算：ΔE=Δm·c2

（2）利用原子质量单位u和电子伏特之间的关系计算

1u=1.66061027kg，1ev=1.61016J，由E＝mc2，可算得，E=931.5MeV。即：质量亏损1u，则释放931.5 MeV的核能。

（3）根据能量守恒和动量守恒来计算核能。

（4）利用比结合能来计算核能

222例5：镭核22688Ra发生衰变放出一个粒子变成氡核86Rn。已知镭核质量为226.0254u，氡核的质量为222.0163u，放出的粒子质量为4.0026u。

（1）写出核反应方程

（2）求镭核衰变放出的能量

（3）若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能

课堂作业：

1、科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用，我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上属于（ ） A、引力相互作用 B、电磁相互作用 C、强相互作用和弱相互作用的共同作用 D、四种基本相互作用的共同作用

2、关于结合能和比结合能的说法中，正确的是（ ） 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、比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，重核的结合能和比结合能都大 D、中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大

3、下列说法中，正确的是 ( ) A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 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藏的能量的量度 C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成的 D．因在核反应中能产生能量，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