對人教版教材物理（3—5）的小建議

藺醫琴

【內容摘要】2017年全國卷高考考試大綱將人教版物理選修（3-5）列為必考內容。筆者在利用化學元素周期表中的相對原子質量計算核反應中釋放的核能時出現疑問；在核反應計算中的質量指的是各原子核的相對原子質量，而不是元素的平均相對原子質量；筆者認為，應將核反應中常見同位素的相對原子質量以表格的形式附在課本后面，方便學生查找。

【關鍵詞】核反應 質量虧損 同位素 相對原子質量

2017年全國卷高考考試大綱將人教版物理選修（3-5）列為必考內容，其中結合能、質量虧損、裂變反應和聚變反應是第十九章《原子核》的Ⅰ類要求考點。筆者和學生在處理第7節《核聚變》問題與練習中的2和4兩個題目時感到疑惑。

困惑：習題2：一個α粒子融合到一個816O核中，寫出這個核反應的方程式。這個反應式左右兩邊的原子核相比，哪邊具有較多的結合能？

教參答案：核反應方程式：24He+ 816O→1020Ne；24He和816O的比結合能比1020Ne小，在核反應過程中會釋放能量，所以反應時右邊原子核1020Ne具有較多的結合能。

分析：根據愛因斯坦的質能方程：ΔE=Δmc2可知，若核反應過程中釋放能量，就應該出現質量虧損，真的出現質量虧損了嗎？從高中化學課本中的元素周期表中可查出，氦、氧和氖的相對原子質量分別是4.003、16.00和20.18，在此核反應中產生的質量虧損：

Δm=mHe+mO-mNe=4.003u+16.00u-20.18u=-0.177u

結果是質量不但沒有虧損，反而增加了。

習題4：在某些恒星內，三個α粒子結合成一個612C核，從元素周期表中查出612C的質量和24He的質量，計算這個反應中放出的能量。

分析：核反應方程：324He→612C；在化學元素周期表中氦和碳的相對原子質量分別為4.003和12.01，核反應中的質量虧損：

Δm=3mHe-mC=3×4.003u-12.01u=-0.001u

與習題2類似，質量反而增加了，在這兩個核反應過程中應該吸收能量，該如何解釋呢？

真相：原子的相對原子質量是原子質量與12C原子質量的1/12（1u=1.06606× 10-27Kg）的比值。很多種元素都有不止一種同位素存在，而同一元素的各種同位素質子數相同，中子數不同，所以它們的核外電子數相同，化學性質相同，所以在化學元素周期表中位置相同，但是它們的相對原子質量是不相同的。例如目前已知碳的同位素共15種，從碳8至碳22，12C與13C是穩定的，14C具有天然的放射性，其中8C的相對原子質量為8.0378，12C的相對原子質量為12.00，13C的相對原子質量為13.0033，14C的相對原子質量14.0032。

元素的平均相對原子質量是其各種穩定同位素相對原子質量的加權平均值，即各同位素的相對原子質量與其在自然界中所占比例（豐度）的乘積之和。以碳為例，自然界中12C和13C的豐度分別為98.89%和1.107%，14C很少，碳元素的相對原子質量為：

12×98.89%+13.0033×1.107%=12.0107

所以，化學元素周期表中碳的相對原子質量為12.01。

在核反應中計算質量虧損時所指的是各種原子的相對原子質量，而不是各元素的平均相對原子質量。所以，核反應24He+816O→1020Ne和324He→612C中的質量虧損分別為：

Δm1=4.002602u+15.9949u-19.992435u=0.005067u

Δm2=3×4.002602u-12u=0.0078u

根據愛因斯坦的質能方程ΔE=Δmc2就能計算出核反應中放出的能量。

建議：關于相對原子質量，中學化學課本有兩處提到，第一處在初中課本第三單元課題2《原子的構成》中：“由于原子的質量太小，書寫和使用都不太方便，所以國際上一致同意采用相對質量，即一種碳原子質量的1/12為標準，其他原子的質量與它相比較所得到的比，作為這種原子的相對原子質量。”第二處在高中必修二第一章第1節《元素周期表》中：“元素的相對原子質量，就是按照該元素各種核素原子所占的一定百分比算出的平均值。”這兩處對相對原子質量的介紹言簡意賅，但滿足中學化學知識體系的需要，也符合學生的認知水平。

計算核反應中能量變化時需要各種同位素的相對原子質量，可學生手邊可查的就是化學元素周期表，學生根本想不到元素周期表上的相對原子質量是元素的平均相對原子質量，與核反應計算中需要的相對原子質量不同，再者有些老師也不清楚。盡管高中對核反應重核能的計算是粗略的，但也要讓學生通過具體計算與核反應原理產生共鳴，加深對知識點的理解（課后習題的目的），為后續原子物理的學習做準備。

在學習《原子核》內容時，學生對原子核的結構已有充分認識，對同位素及其應用也有一定了解，所以筆者認為，應將各原子的相對原子質量、元素的平均相對原子質量及其由來以附錄的形式補充，或編寫在教學參考書中，并將核反應中常見同位素的相對原子質量附在課本后面，方便學生查找。

【參考文獻】

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[4] 王晶、鄭長龍. 九年級上冊化學[M]. 人民教育出版社.2016.

[5] 宋心琦. 高中化學必修2[M]. 人民教育出版社，2015.

（作者單位：山西省古縣第一中學）