資源簡介

5.3核力與結合能 教案
【教材分析】
（一）教材分析
本節是在學生已經學習了原子核是由質子和中子組成的基礎上，探究是什么作用使質子和中子有機的組成一個穩定的整體。為此首先安排了“核力與四種相互作用”闡明萬有引力、電磁力和核力分別在不同的尺度上發揮作用。在這一部分，充分體現了大膽“猜想”在研究中的作用。核力是從力的角度認識原子核，結合能是從能的角度認識原子核。
【學情分析】
（一）學情分析
學生已經學習了庫侖力，知道同種電荷之間相互排斥，但是質子帶正電，是如何緊密結合在一起的。如何從力的角度和能的角度認識原子核，也是學生比較想知道的。同時這一部分的學習，為后續的裂變和聚變學習打下基礎。
【教學目標】
（一）教學目標
物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點，了解結合能、比結合能和質量虧損的基本觀念和相關實驗。
科學思維：理解核力是短程力，掌握比結合能和質量虧損，能用質能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。
科學探究：通過教材上的科學推理，掌握其實質，培養科學推理的能力。
科學態度與責任：學習科學家們嚴謹的科學態度，堅持實事求是，培養學習、探索科學的興趣和責任。
【教學重難點】
（一）教學重難點
原子核是由中子和質子構成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢
有某種力，把它們緊密的結合在了一起，這就是核力。能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力。
【新課導入】
（一）新課導入
提問：氦原子核中有兩個質子，質子質量為mp=1.67×10-27kg，帶電量為元電荷e=1.6×10-19C，原子核的直徑的數量級為10-15m，那么兩個質子之間的庫侖斥力與萬有引力兩者相差多少倍？（兩者相差1036倍）
提問：在原子核那樣狹小的空間里，帶正電的質子之間的庫侖斥力為萬有引力的1036倍，那么質子為什么能擠在一起而不飛散？會不會在原子核中有一種過去不知道的力，把核子束縛在一起了呢？今天就來學習這方面的內容。
【新課講解】
（一）核力與四種基本相互作用
核力與四種基本相互作用
提示：20世紀初人們只知道自然界存在著兩種力：一種是萬有引力，另一種是電磁力（庫侖力是一種電磁力）。在相同的距離上，這兩種力的強度差別很大。電磁力大約要比萬有引力強1036倍。
基于這兩種力的性質，原子核中的質子要靠自身的引力來抗衡相互間的庫侖斥力是不可能的。核物理學家猜想，原子核里的核子間有第三種相互作用存在，即存在著一種核力，是核力把核子緊緊地束縛在核內，形成穩定的原子核，后來的實驗證實了科學家的猜測。
1．核力：能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力（強相互作用，也叫強力）。
提問：那么核力有怎樣特點呢？
2．核力特點：
（1）核力是強相互作用（強力）的一種表現。
（2）核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內。
（3）核力存在于核子之間，每個核子只跟相鄰的核子發生核力作用，這種性質稱為核力的飽和性。
（4）核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀態，核力與核子電荷無關。
3．四種相互作用
（1）萬有引力：引力主要在宏觀和宇宙尺度上“獨領風騷”。是引力使行星繞恒星轉動，并且聯系著星系團，決定了宇宙的現狀和未來。
（2）電磁力：在原子核外，電磁力使電子結合成分子，使分子結合成液體與固體。
（3）強相互作用：在原子核內，強力將核子束縛在一起。
（4）弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子－質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力更短，為10-18m，作用強度則比電磁力小。
（一）結合能
結合能
宏觀模型：相距很遠的兩個物體，由于萬有引力而相互接近，運動速度越來越大，引力勢能轉化為動能最后撞在一起，動能變成它們的內能散失掉了。兩個物體為了結合而付出了代價——失去了一些能量，如果要把它們分開，還要重新賦予它們這份能量。
要將原子核拆散成單個核子，也一定需要的能量。
微觀模型：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能。
1．結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結合能。
提問：將一個質子和中子結合在一起，會產生什么現象？若要把它們分開，需要什么條件？
將原子核拆分成單個核子需要吸收的能量，將單個核子結合成原子核所要放出的能量。
提問：如何理解結合能？
當核子結合成原子核時要放出一定能量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量。這個能量叫做原子核的結合能。
結合能并不是由于核子結合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開而需要的能量。
提問：結合能的大小與什么因素有關？
組成原子核的核子數。
2．組成原子核的核子數越多，結合能越大。
提問：結合能越大原子核是不是越難被拆散？即：結合能的大小能不能反映原子核的穩定程度？如何才能反映原子核的穩定程度？
引出比結合能。
3．比結合能：原子核的結合能與核子數之比稱為比結合能，也叫平均結合能。
理解：核子結合成原子核時，平均每個核子所釋放的結合能，它也等于把原子核拆散成每個核子時，外界提供給每個核子的平均能量。
意義：它反映了一個原子核穩定程度。比結合能越大，原子核越穩定。
（一）質量虧損
質量虧損
提問：請計算一下方程左右的質量
中子的質量=1.6749×10-27kg
質子的質量=1.6726×10-27kg
中子和質子的質量和=3.3475×10-27kg
氘核的質量=3.3436×10-27kg
計算得出質量差=0.0039×10-27kg
1．質量虧損：原子核的質量小于組成它的核子的質量之和。
2．愛因斯坦的質能方程：E＝mc2
質量虧損表明原子核內的確存在著結合能。
核子在結合成原子核時出現的質量虧損，正表明它們在互相結合過程中放出了能量。
ΔE=Δmc2
【板書】
（一）板書
5.3核力與結合能
核力與四種基本相互作用
①四種相互作用:引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用。
②核力：能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力。
二、結合能
①結合能：自由核子形成原子核所釋放的能量，或者原子核重新分為自由核子，需要吸收的能量。
②比結合能：原子核的結合能與核子數之比。
三、質量虧損
愛因斯坦質能方程：E= mc2
【課后反思】
（一）課后反思
本節內容比較抽象，學生很難難解一些概念，微觀世界的規律不太容易接受，在教學過程中，用宏觀世界的規律來進行對比教學，有助于學生理解，多舉例，多用數據去輔助教學，就能讓學生更加信服，是教學效果更好。另外愛因斯坦質能方程E=mc2，通過練習講清楚質量與能量的關系。

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