2018学年高中物理 第3章 原子核 原子能、粒子、宇宙学案 教科版选修3-5

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1、原子能、粒子、宇宙【学习目标】1．知道核力是只存在于相邻核子间的短程力；2．掌握结合能与质量亏损；3．理解爱因斯坦的质能方程；4．知道重核裂变能放出能量，并能计算核能的变化，知道链式反应；5．知道什么是聚变；6．了解铀核的裂变特点；7．了解核裂变反应堆的工作原理；8．知道聚变和聚变反应的特点；9．能写出聚变方程并计算聚变能量；10．了解可控热核反应；11．了解核电站、核武器及核能的优越性、安全性及其危害；12．了解组成物质的粒子；13．知道粒子的分类及其作用；14．了解宇宙起源的大爆炸说及恒星的演化．【要点梳理】要点一、核力与核结合能1．核反应（1）核反应的定义．衰变是原子核的自发变化，能否用

2、人工方法使原子核发生变化呢？能．事实上质子、中子都是通过原子核的人工转变而发现的．我们把原子核在其他粒子轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．（2）对核反应的理解．①原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．原子核的人工转变，就是一种核反应．和衰变过程一样，在核反应中，质量数和核电荷数都守恒．②衰变是自发的、不受物理条件和化学条件影响的一种核变化．而原子核的人工转变需要一定的装置和条件才能发生．2．原子核的人工转变（1）质子的发现及核反应方程．1919年，卢瑟福用粒子轰击氮原子核，粒子被氮核俘获后形成复核，再衰变，产生质子．核反应方程为：．（2）中子的发现及核反应方程．1932年

3、，英国的物理学家查德威克对这种不知道的射线进行进一步的研究发现：这种射线的速度不到光速的十分之一，排除了射线．之后他用这种射线轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核，并通过测定和计算，发现这种粒子的质量非常接近氢核的质量，由于它不带电，故称之为中子．核反应方程为：．由于能从许多的原子核里打出中子，因而确认中子是组成原子核的一部分．3．核力原子核由质子和中子组成，中子和质子是靠强大的核力结合在一起的．（1）核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力．（2）核力的特点：①核力是强相互作用力，在它的作用范围内核力比库仑力大得多；②核力是短程力，作用范围在之内．在大于时核力表现为引力，超过时核力急

4、剧下降几乎消失．在小于时核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起；③每个核子只跟相邻的核子发生核力作用．这种性质称为核力的饱和性．无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力．（3）自然界中的四种基本相互作用力：①万有引力；②电磁力；③强相互作用力；④弱相互作用力．4．核结合能由于核子间存在着巨大的核力作用，所以原子核是一个坚固的集体．要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量．一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于的光子照射．核反应方程为：．相反的过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出的能量．这个能量以光子的形式辐射出去．核反应方程为：．由于核力的

5、存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量．核反应中放出或吸收的能量称为核结合能．平均结合能（又叫比结合能）：原子核的结合能与核子数之比平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固．原子核越稳定．5．质量亏损由于核力的本质还在研究之中，所以根据核力做功来求核能是不可能的．但物理学家却有办法求出核能．物理学家们研究了质子、中子和氘核之间的质量关系，发现氘核虽然是由一个中子和一个质子组成的，但氘核的质量要比中子和质子的质量之和要小一些．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．根据质量亏损可以计算核能．6．质能方程（1）质能方程：爱因斯坦

6、的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是或．这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程．方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系．物体的能量增大质量也增大，能量减小质量也减小．（2）对质量亏损和质能方程的理解：在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒的规律．核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转变为能量．物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量．另外，质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的．7．核能的计算方法核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题，其基本

7、方法是：（1）根据质量亏损计算，步骤如下：①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损．②根据爱因斯坦质能方程或计算核能．③计算过程中的单位是千克，的单位是焦耳．（2）利用原子质量单位和电子伏特计算．①明确原子单位和电子伏特间的关系由，．得．②根据原子质量单位（）相当于能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以，即．③上式中，的单位是，的单位是．（3）利用平均结合能来计算核能．原