2017_2018学年高中物理第19章原子核5核力与结合能学案新人教版选修3_5

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高中物理第十九章原子核5核力与结合能学案新人教版选修3_5

5 核力与结合能一、核力与四种基本相互作用1．什么是核力组成原子核的核子之间有很强的相互作用力,使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起,这种力称为核力．2．核力是短程力核力是一种强相互作用力,在它的作用范围内比库仑力大得多；核力是一种短程力,作用范围仅局限于1.5×10－15 m,在大于0.8×10－15 m时表现为引力,超过1.5×10－15 m时,核力急剧下降为零；而距离小于0.8×10－15 m时,核力表现为斥力．3．核力的饱和性每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用．原子核是由中子和质子组成的,在原子核狭小的空间里,带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？提示：组成原子核的相邻核子间存在着核力．二、原子核中质子与中子的比例1．轻原子核自然界中较轻的原子核,质子数与中子数大致相等．2．重原子核对于较重的原子核,中子数大于质子数,越重的元素,两者相差就越大．三、结合能1．结合能把原子核分解为独立的核子,需要克服强大的核力做功,因此需要吸收的能量或核力把核子结合在一起放出的能量,称为原子核的结合能．2．比结合能结合能与核子数之比称为比结合能．比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定．四、质量亏损1．质量亏损核反应前与反应后的总质量之差称为质量亏损．2．爱因斯坦质能方程E＝mc2.3．核能的计算ΔE＝Δmc2,其中Δm是质量亏损．有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种认识对不对？提示：不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变,只是核子组成原子核时,仿佛变“轻”了一些,原子核的质量总是小于其全部核子质量之和,即发生了质量亏损,核子的个数并没有变化．考点一对质能方程和质量亏损的理解1．质能方程E＝mc2的理解(1)质能方程说明,一定的质量总是跟一定的能量相联系的．具体地说,一定质量的物体所具有的总能量是一定的,等于光速的平方与其质量之积,这里所说的总能量,不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量,而是物体所具有的各种能量的总和．(2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下,公式中各量都应取国际单位．但在微观领域,用国际制单位往往比较麻烦,习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位．(3)根据质能方程,物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加,则总能量随之增加；质量减少,总能量也随之减少,这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.2．质量亏损Δm的理解所谓质量亏损,并不是质量消失,减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加,总能量也要增加,增加的能量要由外部供给．【例1】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”是消失的质量转变为能量D．因为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根据E＝mc2中E与m的对应关系分析．【答案】 B【解析】E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系,即能量与质量之间存在着正比关系,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A项错误,而B项正确．核反应中的“质量亏损”并不是质量消失,实际上是由静止的质量变成运动的质量,并不是质量转变成能量,故C项错误．在核反应中,质量守恒,能量也守恒,在核反应前后只是能量的存在方式不同,总能量不变,在核反应前后只是物质由静质量变成动质量,故D项错误．故选B.总结提能本题易错选为A、D.错误分析：认为质能方程E＝mc2反映的物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化,故认为A项正确．由于在核反应中有能量产生且有质量亏损,就错误地认为有质量的转化,认为在反应前后总能量不守恒,总质量亦不守恒,故认为D项正确．(多选)关于质能方程,下列说法正确的是( BD )A．质量减少,能量就会增加,在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量,它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量,但不一定有能量,所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的解析：质能方程E＝mc2表明一定量的质量与一定量的能量是相联系的．当物体获得一定的能量,即能量增加某一定值时,它的质量也相应增加一定值,并可根据ΔE＝Δmc2进行计算,所以B、D正确．考点二结合能的计算1．根据质量亏损计算其步骤如下：(1)根据核反应方程,计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．2．利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算(1)明确原子质量单位u和电子伏特间的关系：因为1 u＝1.660 6×10－27 kg,则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J≈1.49×10－10 J.又1 eV＝1.6×10－19 J,则E＝1.49×10－10 J＝931.25 MeV.(2)根据(1),原子质量单位(u)相当于931.25 MeV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931.25 MeV,即ΔE＝Δm×931.25 MeV.3．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,在题给条件中没有涉及质量亏损,或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下,从动量和能量守恒可以计算出核能的变化．5．应用阿伏加德罗常数计算核能若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量,应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便．(1)根据物体的质量m 和摩尔质量M 由n ＝m M求出物质的量,并求出原子核的个数：N ＝N A n ＝N A m M.(2)由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E 0(或直接从题目中找出E 0)．(3)再根据E ＝NE 0求出总能量．【例2】镭核22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核22286Rn.已知镭核226质量为226.025 4 u,氡核222质量为222.016 3 u,放出粒子质量为4.002 6 u.(1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量．根据电荷数守恒和质量数守恒书写核反应方程,根据质量亏损计算核能．【答案】 (1)22688Ra ―→22286Rn ＋42He (2)6.05 MeV 【解析】 (1)核反应(衰变)方程为：226 88Ra ―→222 86Rn ＋42He.(2)镭核衰变放出的能量为：ΔE ＝Δm ·c 2＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.25 MeV ≈6.05 MeV.总结提能 ①计算核能时,可以直接由质能方程求出,也可由与1 u 相当的能量求出,方法由已知条件而定．②计算质量亏损时,可以用给出的原子质量去计算核的质量亏损．已知氮核质量M N＝14.007 53 u,氧核的质量M O＝17.004 54 u,氦核质量M He＝4.003 87 u,氢核质量M H＝1.008 15 u.试判断：14 7N＋42He―→17 8O＋11H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？答案：吸收能量 1.2 MeV解析：反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u,反应后总能量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加,故该反应是吸收能量的反应,吸收的能量利用ΔE＝Δm·c2来计算,若反应过程中质量增加1 u,就会吸收931.25 MeV 的能量,则ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.25 MeV≈1.2 MeV.1．下列关于对核力的认识,正确的是( D )A．核力是强相互作用的一种表现,比库仑力大得多B．核力存在于质子和中子、中子和中子之间,质子和质子之间只有库仑斥力C．核力是核子间相互吸引的力,是短程力D．核力只存在于相邻的核子之间,具有饱和性解析：在原子核的尺度内,核力比库仑力大得多,但当原子核大到一定程度时,核力将不足以平衡库仑力,A错误；相邻核子间都存在核力作用,B错误,D正确；核子间的距离小于0.8×10－15 m时,核力表现为斥力,大于0.8×10－15 m时表现为吸引力,C错误．2．中子比质子更容易击中原子核的原因是( D )A．中子体积较小 B．中子速度较大C．中子能量较大 D．中子不带电解析：由于中子不带电,与原子核之间不存在库仑斥力,所以,它比其他粒子更易接近原子核并打进内部去,D正确．3．下列说法中正确的是( B )A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B．对质子数较多的原子核,其中的中子起到维系原子核稳定的作用C．重核比中等质量的核更稳定D．两个质子之间不管距离如何,核力总大于库仑力解析：只有相邻质子间才存在核力,A、D错误；中子与其他核子间没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,起到维系原子核稳定的作用,B正确；中等质量大小的核最稳定,C错误．4．某核反应方程为21H＋31H―→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u,31H的质量为3.018 0 u,42 He的质量为4.002 6 u,X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( B ) A．X是质子,该反应释放能量B．X是中子,该反应释放能量C．X是质子,该反应吸收能量D．X是中子,该反应吸收能量解析：根据核反应过程中质量数电荷数守恒规律,可得21H＋31H―→42He＋10X,即X为中子；在该反应发生前,反应物的总质量m1＝(2.013 6＋3.018 0)u＝5.0316 u,反应后产物总质量m2＝(4.002 6＋1.008 7)u＝5.011 3u,总质量减少,出现了质量亏损,故该反应释放能量．5．在实验室内较精准地测量到双β衰变事例是在1987年公布的,在进行了7 960小时的实验后,以68%的置信度认为8234Se发生的36个双β衰变事例,已知静止的8234Se发生双β衰变时,将释放出两个电子和两个中微子νe(中微子的质量数和电荷数都为零),同时转变成一个新核X,则X核的中子数为46；若衰变过程释放的核能是E,真空中的光速为c,则衰变过程的质量亏损是Ec2.解析：衰变方程为：8234Se→8236X＋20－1e＋2νe,X核的中子数为82－36＝46,由质能方程有：Δmc2＝E,Δm＝Ec2 .。

人教版高中物理选修3-5学案：第十九章学案5核力与结合能

个帅哥帅哥的 ffff5核力与联合能[学习目标 ] 1.认识四种基真互相作用，知道核力的性质.2.能简单解说轻核和重核内中子数、质子数拥有不一样比率的原由.3.知道原子核的联合能和比联合能的观点.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基真互相作用[导学研究 ] (1)有的同学以为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力均衡而使原子达到稳固状态”，这类说法正确吗？答案不正确．质子之间的库仑力的大小与万有引力的大小相差1035倍，二者相差悬殊，不行能均衡．(2)是什么力战胜质子之间的库仑斥力，使核子联合成一个坚固的原子核的？答案核子间 (质子与质子、中子与中子、质子与中子) 存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理 ]核力及特色(1)核力：原子核里的核子间存在着互相作用的核力，核力把核子牢牢地约束在核内，形成稳固的原子核．(2)核力特色①核力是核子间的强互相作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．②核力是短程力，作用范围在－ 151.5× 10 _m 以内．在大于 0.8× 10－15m 时表现为吸引力，超出 1.5× 10－ 15m 时，核力急剧降落几乎消逝；而距离小于 0.8× 10－15m 时，核力表现为斥力．③每个核子只跟周边的核子发生核力作用，这类性质称为核力的饱和性．④核力与核子能否带电没关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都能够有核力作用．(3)四种基真互相作用二位分为Greg[即学即用 ]以下对于核力的说法正确的选项是()A．核力同万有引力没有差别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力－ 15C．核力是短程力，作用范围在 1.5×10m 以内D．核力与电荷相关答案C分析核力是短程力，超出 1.5× 10－15 m，核力急剧降落几乎消逝，故C对；核力与万有引力、电磁力不一样，故A 、B 选项错误；核力与电荷没关，故 D 错．二、原子核中质子与中子的比率[导学研究 ] (1)一些较轻的原子核如42He、168O、126C、147N中质子数和中子数有什么关系？答案质子数与中子数相等．238234(2)92U、 90Th等重核中各有多少此中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案23892U 中含有 92 个质子、 146 此中子；23490Th 中含有 90 个质子， 144 此中子．较重的原子核中中子数大于质子数．(3)试从核力的特色及核力的饱和性对上述现象做出解说，并说明原子核能无穷地增大吗？答案稳固的重原子核里，中子数要比质子数多，因为核力作用范围有限，以及核力的饱和性，假如持续增大原子核，一些核子间距离会大到此间根本没有核力作用，这时即便再增添中子，形成的核也必定是不稳固的，所以原子核不可以无穷地增大．[知识梳理 ]因为核力是短程力及核力的饱和性，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大概相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，二者相差越多．[即学即用 ]以下对于原子核中质子和中子的说法，正确的选项是()A．原子核中质子数和中子数必定相等B．稳固的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是特别稳固的D．因为核力的作用范围是有限的，所以不行能无克制地增大原子核而仍稳固存在答案D分析由稳固核的质子数与中子数的关系图象可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故 A 、B 错误；原子核能够发生衰变，故 C 错误；由核力作用特色可知，核子数越多的原子核越不稳固，故 D 正确．三、联合能[导学研究 ] (1)设有一个质子和一此中子在核力作用下凑近碰撞并联合成一个氘核．质子和中子联合成氘核的过程中是开释能量仍是汲取能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子联合成原子核的过程中要开释能量；氘核分解成质子和中子时要汲取能量．(2)如图 1 所示是不一样原子核的比联合能随质量数变化的曲线．图 1①从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核对比比联合能有什么特色？比联合能的大小反应了什么？②比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时是汲取能量仍是开释能量？答案①中等质量的原子核比联合能较大，比联合能的大小反应了原子核的稳固性，比联合能越大，原子核越稳固．②开释能量．[知识梳理 ] 对联合能的理解(1) 联合能：原子核是核子依靠核力联合在一同构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的联合能．(2) 比联合能：原子核的联合能与核子数之比称为比联合能．比联合能越大，表示原子核中核子联合得越坚固，原子核越稳固．(3) 核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比联合能较小，中等核子数的原子核，比联合能较大．当比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时会开释核能．[即学即用 ] 以下对联合能、比联合能的认识，正确的选项是 ( )A ．全部原子核均拥有联合能B ．自由核子联合为原子核时，可能汲取能量C ．联合能越大的原子核越稳固D ．比联合能越大的原子核越不稳固答案A分析自由核子联合成原子核的过程中，核力做正功，开释出能量，反之，将原子核分开变为自由核子时需要汲取相应的能量，该能量即为联合能，故A 正确，B 错误；核子许多的原子核的联合能大，但它的比联合能不必定大，比联合能的大小反应了原子核的稳固性，故C 、D 均错误．四、质量损失[导学研究 ]9 9 4 12 1 用 α粒子轰击铍 (4Be)核发现中子的核反响方程为 4 2 6nBe ＋ He → C ＋甲同学说：核反响过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量以下：m ＝9.012 19 u ， m ＝12.000 u ，m ＝ 4.002 6 u ， m ＝ 1． 008 665 u ．BeCα n－ 27kg) ，他经过计算发现反响以后的质量减少了，于是他得出结论：(此中 1 u ＝ 1.660 566× 10 核反响过程中质量消逝了．这两个同学的说法对吗？假如不对错在哪里？你对证量损失是怎样理解的？答案甲同学的说法错误．核反响过程中质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误．质量损失其实不是质量的消逝．对证量损失的理解(1)在核反响中仍恪守质量守恒和能量守恒，所谓的质量损失其实不是这部分质量消逝或质量转变为能量．物体的质量应包含静止质量和运动质量，质量损失是静止质量的减少，减少的静止质量转变为和辐射能量相联系的运动质量．(2)质量损失也不是核子个数的减少，核反响中核子个数是不变的．[知识梳理 ]质量损失和核能的计算(1)对证能方程和质量损失的理解①质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着亲密的联系，其关系是E＝ mc2.②质量损失：质量损失，其实不是质量消逝，减少的质量在核子联合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增添，则总能量随之增添；质量减少，总能量也随之减少，这时质2能方程也写作E＝mc .(2)核能的计算①依据质量损失计算依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．②利用原子质量单位u 和电子伏特计算依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量，用核子联合成原子核时质量损失的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即E＝m× 931.5 MeV .此中m的单位是u， E 的单位是MeV.[即学即用 ]依据爱因斯坦的研究成就，物体的能量和质量的关系是E＝ mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m ，中子的质量为m ，氦核的质量为m ，以下关系式正确p nα的是()A ． mα＝(2m p＋ 2m n)B． mα<(2 m p＋ 2m n)C． mα>(2 m p＋ 2m n)D．以上关系式都不正确答案B一、对联合能的理解例 1以下对于联合能和比联合能的说法中，正确的选项是()A．核子联合成原子核汲取的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为联合能B．比联合能越大的原子核越稳固，所以它的联合能也必定越大C．重核与中等质量原子核对比较，重核的联合能和比联合能都大D．中等质量原子核的联合能和比联合能均比轻核的要大分析核子联合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是汲取能量， A 选项错误；比联合能越大的原子核越稳固，但比联合能越大的原子核，其联合能不必定大，比如中等质量原子核的比联合能比重核大，但因为核子数比重核少，其联合能比重核小，B、 C 选项错误；中等质量原子核的比联合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，所以它的联合能也比轻核大， D 选项正确．答案D知识总结联合能、比联合能的对照理解(1)核子联合成原子核时必定开释能量，原子核分开成核子时必定汲取能量．汲取或开释的能量越大，表示原子核的联合能越大．(2)比联合能为联合能与核子数的比值，比联合能越大表示原子核越稳固．一般状况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比联合能大．二、质量损失和核能的计算例 2 氘核和氚核聚变时的核反响方程为234121H＋ 1H→ 2He＋ 0n，已知 1H的均匀联合能是1.09MeV ，13H 的均匀联合能是 2.78 MeV ，24He 的均匀联合能是7.03 MeV ，则该核反响开释的能量为 ________ MeV .分析聚变反响前氘核和氚核的总联合能E1＝ (1.09× 2＋2.78× 3) MeV＝10.52 MeV.反响后生成的氦核的联合能E2＝ 7.03× 4 MeV ＝ 28.12 MeV.因为单个核子无联合能，所以聚变过程开释出的能量为E＝ E2－ E1＝(28.12－ 10.52) MeV ＝ 17.6 MeV .答案17.6概括总结计算核能的两种方法：(1)依据质量损失计算①依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.②依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．(2)利用均匀联合能来计算核能原子核的联合能＝核子的均匀联合能× 核子数．核反响中反响前系统内全部原子核的总联合能与反响后生成的全部新核的总联合能之差，就是该核反响所开释(或汲取 )的核能．针对训练7α粒子．已知质子的质量是 1.673一个锂核 (3Li) 遇到一个质子的轰击，变为两个－ 27kg，锂核的质量是 11.650 5× 10－27－ 276× 10kg，氦核的质量是 6.646 6×10 kg.(1)写出上述核反响的方程；(2)计算上述核反响开释出的能量．答案714×10－ 12 (1)3Li ＋1H → 22He (2)2.781J分析(1)73Li ＋11H → 242He(2)核反响的质量损失m＝ m Li＋ m p－ 2mα＝(11.650 5 × 10－27＋ 1.673 6× 10－27－ 2× 6.646 6× 10－27) kg ＝ 3.09× 10－29 kg 开释的能量E＝mc2＝ 3.09× 10－29×(3 × 108)2 J＝ 2.781× 10－12 J1． (多项选择 )对于原子核的联合能，以下说法正确的选项是()A．原子核的联合能等于使其完整分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的结合能133208C．铯原子核 ( 55Cs)的联合能小于铅原子核( 82Pb)的联合能D．比联合能越大，原子核越不稳固E．自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量大于该原子核的联合能答案ABC分析联合能是把核子分开所需的最小能量，选项 A 正确；一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，存在质量损失，核子比联合能增大，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的联合能，选项 B 正确；核子数越多，联合能越大，选项 C 正确；比联合能也叫均匀联合能，比联合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳固，选项 D 错误；自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量等于该原子核的联合能，选项 E 错误．2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、 m2和 m3.当一个质子和一此中子联合成氘核时，释放的能量是 (c 表示真空中的光速 )()A ． (m1＋m2－ m3)c B． (m1－ m2－ m3)cC． (m1＋m2－ m3 )c2D． (m1－ m2－ m3)c2答案C分析由质能方程E＝ mc2，此中m＝m1＋ m2－ m3可得E＝ (m1＋ m2－ m3)c2，选项 C 正确．3．已知氮核质量M N＝ 14.007 53 u，氧 17 核的质量M O＝ 17.004 54 u，氦核质量 M He＝4.00387 u，氢核质量M H＝1.00814417115 u ，试判断：7N＋2He→8O＋1H 这一核反响是汲取能量仍是放出能量？能量变化是多少？(已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案汲取能量 1.2 MeV分析反响前总质量：M N＋ M He＝ 18.011 40 u，反响后总质量：M O＋M H＝ 18.012 69 u.能够看出：反响后总质量增添，故该反响是汲取能量的反响．故E＝ (18.012 69－ 18.011 40)×931.5 MeV ≈ 1.2 MeV .一、选择题 (1～7 为单项选择题， 8 为多项选择题 ) 1．以下对核力的认识正确的选项是()A．任何物体之间均存在核力B．核力宽泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距－15m 内的核子之间，大于－ 151.5× 100.8× 10m 为吸引力，而小于－ 150.8× 10 m 为斥力答案D分析由核力的特色知道，只有相距 1.5× 10－15m 内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知 D 正确， A、 B、 C 错误．2. 126C 的核由 6 个质子与 6 此中子构成，两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的摆列次序是()A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力答案D分析核力是强互相作使劲，是它将核子约束在原子核内；库仑力假如大于核力，原子核内质子就不可以存在于这么小的范围内；万有引力最弱，研究核子间互相作用时万有引力能够忽略．所以 A 、 B、 C 错，选 D.3．原子质量单位为u,1u 相当于 931.5 MeV 的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核联合为质量为M 的原子核时开释出的能量是()个帅哥帅哥的 ffff2A ． (M － m 1－m 2) u × cB ． (m 1＋m 2－ M) u × 931.5 JC ． (m 1＋m 2－ M)cD ． (m 1 ＋m 2－ M)× 931.5 MeV答案D分析由质能方程E ＝ mc 2 知 C 选项错误；而m ＝ m 1＋ m 2－M ，即反响前总质量减反响后的总质量，故 A 错误， B 选项单位错误，选项D 正确．4．某核反响方程为 12H ＋13 H → 24He ＋ X. 已知 12H 的质量为 2.013 6 u ，13H 的质量为 3.018 0 u ，24He 的质量为 4.002 6 u ，X 的质量为 1.008 7 u ．则以下说法中正确的选项是 ()A ． X 是质子，该反响开释能量B ． X 是中子，该反响开释能量C ． X 是质子，该反响汲取能量D ． X 是中子，该反响汲取能量答案B分析依据核反响过程质量数、电荷数守恒，可得23411H ＋ 1H →2He ＋0X ， X 为中子，在该反响发生前反响物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋ 3.018 0 u ＝ 5.031 6 u ，反响后产物总质量 m 2＝4.002 6u ＋ 1.008 7 u ＝ 5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量损失，故该反响开释能量．5．如图 1 所示是描绘原子核核子的均匀质量 m 与原子序数 Z 的关系曲线，由图可知以下说法正确的选项是 ( )图 1A ．将原子核 A 分解为原子核B 、C 可能汲取能量个帅哥帅哥的 ffffB ．将原子核C ．将原子核D ．将原子核 D 、E 联合成原子核F 可能汲取能量A 分解为原子核B 、 F 必定开释能量F 、 C 联合成原子核 B 必定开释能量答案C分析因 B 、C 核子均匀质量小于 A 的核子均匀质量，故 A 分解为 B 、C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故 A 错．同理可得 B 、D 错， C 正确．6．雷蒙德 ·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 (νe )而获取了 2002 年度诺贝尔物理学奖，他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯 (C 2 Cl 4)溶液的巨桶，电子中微子能够将一个氯核转变为一个氩核，其核反响方程式为 ν＋ 37 37 0－37e 17Cl → 18Ar ＋ 1e ，已知 17Cl核的质量为 36.956 58 u ，37－1e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量对18Ar 核的质量为 36.956 91 u ， 0 应的能量为 931.5 MeV.依据以上数据，能够判断参加上述反响的电子中微子的最小能量为()A ． 1.33 MeVB ． 0.82 MeVC ． 0.51 MeVD ． 0.31 MeV答案B分析依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量，则E ＝ m × 931.5 MeV ＝ (36.95691＋ 0.000 55－ 36.956 58)× 931.5 MeV ≈ 0.82 MeV . 7．中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别为 m n 、 m p 、m D .现用光子能量为 E 的 γ射线照耀静止氘核使之分解，核反响方程为γ＋ D → p ＋ n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 ()A.12[(m D － m p －m n )c 2－ E]12B. [(m D ＋ m n － m p )c ＋ E]1 2C.2[(m D－m p － m n )c＋E]12D. [(m D ＋ m n － m p )c －E]答案C分析因为轻核聚变时放出能量，质量损失，所以氘核分解为核子时，要汲取能量，质量增加，此题核反响过程中γ射线能量 E 对应质量的增添和中子与质子动能的产生，即 E＝ mc221212＋2E k＝ (m p＋ m n－ m D)c＋ 2E k得 E k＝2[E－ (m p＋ m n－ m D )c ]＝2[( m D－ m p－ m n)c＋ E]，应选C.8．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005 年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝ mc2，以下说法中正确的选项是()A ． E＝ mc2定量地指出了物体拥有的能量与其质量之间的关系B．依据E＝mc2能够计算核反响中开释的核能C．一此中子和一个质子联合成氘核时，开释出核能，表示此过程中出现了质量损失D． E＝ mc2中的 E 是发生核反响中开释的核能答案ABC分析E＝ mc2中的 E 表示物体拥有的总能量，m 表示物体的质量，故A说法正确；对于E ＝mc2表示的意义是当物体的能量增添或减少 E 时，它的质量也会相应地增添或减少m，故 B 说法正确；只有当出现质量损失时，才能开释核能，故 C 说法正确；公式E＝mc2中，E 为质量为m 的物体所对应的能量，而非核反响中开释的能量， D 错误．二、非选择题9．已知质子的质量是 1.008 665 u 、中子的质量也是 1.008 665 u ，氢原子的质量是 1.007 825 u，碳原子的质量是12.000 000 u,12 个核子联合成碳原子核时，质量损失是________，碳原子核的比联合能是________．(1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案0.098 940 u7.68 MeV10.31H 的质量是 3.016 050 u ，质子的质量是 1.007 277 u ，中子的质量是 1.008 665 u ． 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，求： ( 计算结果保存三位有效数字)(1)一个质子和两此中子联合为氚核时，是汲取仍是放出能量？该能量为多少？(3)假如此能量是以光子形式放出的，则光子的频次是多少？答案(1)放出能量 7.97 MeV(2)7.97 MeV 2.66 MeV(3)1.92 ×1021 Hz分析(1)一个质子和两此中子联合成氚核的核反响方程是1131H＋20 n→ 1H，反响前各核子总质量为m p＋ 2m n＝ 1.007 277 u＋ 2×1.008 665 u＝ 3.024 607 u ，反响后新核的质量为m H＝ 3.016 050 u ，质量损失为m＝ 3.024 607 u－ 3.016 050 u＝ 0.008 557 u因反响前的总质量大于反响后的总质量，故此核反响开释能量．开释的核能为E＝ 0.008 557× 931.5 MeV ≈ 7.97 MeV . (2) 氚核的联合能即为E＝7.97 MeV .它的比联合能为E≈ 2.66 MeV. 3(3)放出光子的频次为E7.97×106× 1.6×10－1921ν＝h＝ 6.63×10－34Hz ≈ 1.92× 10 Hz.11．一个静止的镭核226222226 质量为88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核86Rn.已知镭核226.025 4 u，氡核 222 质量为 222.016 3 u，放出粒子的质量为 4.002 6 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量．(1)写出核反响方程；(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粒子的动能，求放出粒子的动能．答案(1) 22688Ra→22286Rn＋42He (2)6.05 MeV(3)5.94 MeV分析(1)核反响方程为2262224 88Ra→ 86Rn＋ 2He.(2)镭核衰变放出的能量为E＝ m·c2＝(226.025 4 － 4.002 6－222.016 3) × 931.5 MeV≈6.05 MeV.(3) 镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn－ mαvα＝ 0①又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则E＝1v212②mRn ＋m v2Rn2α α由①② 可得αm Rn222.016 3×6.05 MeV ≈ 5.94 MeV . E＝·ΔE＝Rn＋mα222.016 3＋4.002 6m。

高中物理 19.5 核力与结合能教案新人教版选修3-5

19．5 核力与结合能★新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

（二）过程与方法1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。

（三）情感、态度与价值观1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。

★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。

★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。

★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，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(板书) 点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。

（二）进行新课1．核力与四种基本相互作用(板书)点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。

在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。

【教育专用】全国通用版2018_2019高中物理第十九章原子核第五节核力与结合能学案新人教版选修3_5

第五节核力与结合能学习目标知识导图知识点1 核力与四种基本相互作用1．核力组成原子核的__每个相邻核子__之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。

2．核力的性质核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。

(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，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__1.5×10－15__m之内，核力在大于0.8×10－15m时表现为__吸引__力，且随距离增大而减小，超过 1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m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__。

3．四种基本相互作用(1)万有引力(长程力)(2)电磁相互作用(长程力)(3)强相互作用(短程力)(4)弱相互作用(短程力)知识点2 原子核中质子与中子的比例1．较轻的原子核质子数和中子数__大致相等__。

2．轻重原子核中子数__大于__质子数，越重的原子核两者相差越多。

知识点3 结合能1．结合能核子结合成原子核时__放出__的能量，或原子核分解成核子时__吸收__的能量，都叫做原子核的结合能。

2．比结合能原子核的结合能与其__核子数__之比，称做比结合能。

3．比结合能与原子核的稳定性比结合能的大小能够反映核的稳定程度，__比结合__能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定。

知识点4 质能方程1．质量亏损组成原子核的__核子__的总质量与新__原子核__的质量之差，叫做核的质量亏损。

2．质能方程E＝__mc2__这就是著名的爱因斯坦质能方程。

预习反馈『判一判』(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。

(×)(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大多得。

(√)(3)在原子核的组成中，质子数等于中子数。

2017_2018学年高中物理第十九章原子核19.5核力与结合能课件新人教版选修3_5

探究一
探究二
变式训练1下图是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线。
(1)从图中看出,中等质量的原子核与重核、轻核相比比结合能有什么特点?比结合能的大小反映了什么? (2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是放出能量? 答案:(1)中等质量的原子核比结合能较大,比结合能的大小反映了原子核的稳定性,比结合能越大,原子核越稳定。 (2)放出能量。
探究一
探究二
典例剖析【例题1】下面关于结合能和比结合能的说法正确的有( ) 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【思考问题】比结合能与原子核稳定的关系是什么? 提示:核子数较小的轻核与核子数较大的重核,比结合能都比较小,表示原子核不太稳定;中等核子数的原子核,比结合能较大,表示原子核较稳定。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
2.探究讨论。 (1)原子核内有质子和中子,质子带正电,中子不带电。原子核为什么不会在质子间库仑斥力的作用下分散为一个一个的核子呢? 答案:核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力。
读一读·思一思
辨一辨·议一议
(2)较重的原子核中中子数和质子数有什么关系?如何解释?原子核可以无限地增大吗? 答案:①较重的原子核中中子数大于质子数,而且越重的原子核, 两者相差越多。 ②由于原子核是短程力,原子核大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,原子核就不稳定了。这时,不再成对地增加质子和中子,而只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定, 故较重的原子核内中子数多于质子数。 ③稳定的重原子核里,中子数要比质子数多,由于核力作用范围有限,以及核力的饱和性,如果继续增大原子核,一些核子间距离会大到其间根本没有核力作用,这时即使再增加中子, 形成的核也一定是不稳定的,所以原子核不能无限地增大。

高中物理-19-5-核力与结合能学案-新人教版选修3-5

课时19.5核力与结合能1.知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用。

2.知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小。

3.理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。

4.知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

1.核力与四种基本相互作用(1)核力是①强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力②大得多。

(2)核力是短程力，作用范围在③1.5×10-15m之内。

核力在距离大于0.8×10-15m时表现为④引力，而在距离小于0.8×10-15m时表现为⑤斥力，因此核子能克服库仑力束缚，而在核内又不至于融合在一起。

(3)每个核子只跟⑥邻近的核子发生核力的作用，这种性质称为核力的饱和性。

(4)原子核内还有弱相互作用，弱相互作用是引起原子核⑦β衰变的原因。

(5)自然界中有四种基本相互作用，分别是⑧万有引力、⑨电磁力、强相互作用和弱相互作用。

2.原子核中质子与中子的比例(1)中子与其他的核子没有⑩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。

(2)自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。

3.结合能(1)原子核是核子凭借核力结合在一起的，把核子再分开，需要能量，这就是原子核的结合能。

(2)原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核就越稳定。

4.质量亏损(1)爱因斯坦的质能方程E=mc2。

(2)原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。

(3)中等大小的原子核的比结合能最大，如果使较重的原子核分裂成中等大小的原子核，或者把较小的原子核合并成较大的原子核，核子的比结合能都会增加，即核子将发生新的质量亏损，释放新的结合能。

主题1：探究核力情景：核力是组成原子核的作用力，属于强相互作用的类型。

核力是一种很复杂的相互作用，人们通过多年的实验研究和理论分析，才对它的特性有了比较细致的了解，但仍不完全。

高中物理第十九章原子核5核力与结合能课堂互动学案新

5 核力与结合能课堂互动三点剖析一、结合能的理解1.结合能原子核的核子间存在壮大的核力，使得原子核成为一个牢固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做庞大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出庞大的能量.结合能并非是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量.比结合能越大，把核子分开而需要的能量就越多，原子核越稳固.2.质量亏损光子的静质量为零，按相对论，光子的运动质量为：2c 光子的能量.核反映中，当计算进光子的质量后，反映前后的质量仍是守恒量.3.若是物体的能量增加了△E ，物体的质量也相应地增加△m ，反过来也一样.符合△E ＝△m ·c 2的关系.二、核能的计算按照爱因斯坦的质能方程，核反映中释放的核能的计算式为ΔE=Δmc 2，其中Δm 为质量亏损，c 为光速，ΔE 是与亏损质量相对应的能量.核能计算有两种方式：1.用ΔE=Δmc 2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”.2.用ΔE=Δm× MeV 计算，因1 u 相当于 MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”.三、核力的理解1.粒子间的四种大体彼此作用，即强彼此作用、电磁彼此作用、弱彼此作用和引力彼此作用.2.核力的几个特点：(1)核力是一种短程力.可分为三段：① 短程部份：小于×10-15 m ，表现为很强的斥力，保证了原子核不致坍缩.②中程部份：×10-15 m —×10-15 m ，表现为很强的引力，其强度比库仑力大得多，使原子核中的质子不致因彼此排斥而散裂.③长程部份：大于×10-15 m ，表现为很弱的、几乎消失的吸引力.(2)核力的饱和性，也就是原子核中的核子只与其周围的几个核子有作使劲，而不是与原子核中的所有核子有作使劲.(3)核力的电荷无关性，即核子之间的彼此作用，无论是质子与质子、质子与中子、中子与中子，它们之间核力是相等的.各个击破【例1】“原子质量单位”是原子物理中常常利用的一个特殊单位，符号为u ，1 u= 6×10-27kg.已知碳-12原子的质量是 000 u ，一个碳-12原子能够看做是由6个氢原子(每一个氢原子的质量是 825 u)和6个中子组成(每一个中子的质量是 665 u)，求碳-12原子核的结合能.解析：在计算碳核的质量亏损时，因为与电子的能量有关的部份在相减进程中能消去. 6个中子的总质量：6m n =6× 665 u= 990 u6个氢原子的总质量：6m H =6× 825 u= 950 u中子和氢原子的质量和：6m n +6m H = 940 u碳-12原子的质量：m C = 000 u质量亏损：Δm= 940 u=×10-28 kg碳-12核的结合能：ΔE=Δmc 2 192828106602.1)10997.2(10643.1--⨯⨯⨯⨯=eV= MeV. 答案：碳-12核的结合能是 MeV【例2】云室处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一静止的质量为M 的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m ，电荷量为q ，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得α粒子运动的轨道半径为R ，试求在衰变进程中的质量亏损.(涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)解析：令v 表示α粒子的速度，由洛伦兹力和牛顿定律得：qvB=Rv M 2.令v′表示衰变后剩余核的速度，在考虑衰变进程中系统的动量守恒时，因为亏损质量很小，可不予考虑，由动量守恒可知：(M-m)v′=mv在衰变进程中，α粒子和剩余核的动能来自于亏损质量，即Δm·c 2=21(M-m)v′2+21mv 2 解得：Δm=)(2)(22m M M c qBR m -. 答案：)(2)(22m M M c qBR m - 温馨提示:本题把带电粒子在磁场中运动、动量守恒、爱因斯坦质能方程等知识点专门好地综合起来，对综合分析能力有较高的要求.【例3】自然界中存在几种彼此的作用？它们的特点如何？简答：依照现代物理学的观点，支配物质世界各类运动现象的力可归结为四种大体彼此作用，这就是：引力彼此作用、电磁彼此作用、强彼此作用和弱彼此作用.引力彼此作用和电磁彼此作用是长程力，它们的作用范围从理论上说是无穷大.强彼此作用和弱彼此作用是短程力，弱彼此作用只在10-15 m 范围内才有显高作用，弱彼此作用的力程更短，不超过10-16 m.引力作用是所有物质客体之间都存在的一种彼此作用，称为万有引力，由于引力常量G 很小，对于通常大小的物体，它们之间的引力是超级弱的，所以，对一般物体之间和原子、分子间存在的万有引力常常忽略不计.可是，当物体的质量专门大时，引力作用就十分重要了.因此，引力作用成为星体之间和星体与其周围物体之间的彼此作用.电磁彼此作用，包括静止电荷之间和运动电荷之间的彼此作用.静止的点电荷之间的彼此作使劲，是法国物理学家库仑发觉的，叫做静电力或库仑力，运动着的带电粒子之间的彼此作使劲，除静电力还有称为磁力的洛伦兹力，按照麦克斯韦的电磁理论和狭义相对论，电和磁是紧密相联系的、统一的，因此，电力和磁力统称为电磁彼此作用.强彼此作用和弱彼此作用只在原子核和大体粒子的彼此作用中才显示出来，强彼此作用是介子和重子(包括质子、中子之间的彼此作用)，这种彼此作用把核子束缚在一路，物理学家们把它称为核彼此作用.最近几年来进展起来一种描述彼此作用的动力学理论，以为强子是由夸克(或称层子)组成，强子之间的强彼此作用是通过互换胶子来实现的，弱彼此作用是在原子核的β衰变中发觉的，核子(质子、中子)、电子和中微子都参与这种彼此作用.。

高中物理第19章原子核 5 核力与结合能学案新人教版选修35

5 核力与结合能[学习目标] 1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用.2.了解结合能和比结合能的概念.3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算．一、核力与四种基本相互作用[导学探究] 1.有的同学认为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力平衡而使原子达到稳定状态”，这种说法正确吗？答案不正确．在相同的距离上，质子之间的库仑力的大小大约比万有引力强1035倍，两者相差悬殊，不可能平衡．2．是什么力克服质子之间的库仑斥力，使核子结合成一个稳固的原子核的？答案核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理] 核力及特点1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点(1)核力是核子间的强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内．在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下降几乎消失；而距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力．(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．3．四种基本相互作用[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的．( ×)(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．( √)(3)弱相互作用的力程比强力更短．( √)(4)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因．( √)二、原子核中质子与中子的比例[导学探究] 1.一些较轻的原子核如42He、16 8O、12 6C、14 7N中质子数和中子数有什么关系？答案质子数与中子数相等．2.238 92U、234 90Th等重核中各有多少个中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案238 92U中含有92个质子、146个中子；234 90Th中含有90个质子，144个中子．较重的原子核中中子数大于质子数．3．试从核力的特点及核力的饱和性对上述现象做出解释，并说明原子核能无限地增大吗？答案稳定的重原子核里，中子数要比质子数多，由于核力作用范围有限，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，一些核子间距离会大到其间根本没有核力作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的，所以原子核不能无限地增大．[知识梳理]由于核力是短程力及核力的饱和性，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)在原子核的组成中，质子数等于中子数．( ×)(2)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了．( √)(3)在宇宙演化过程中，只有稳定的原子核长久地留了下来．( √)(4)稳定的重原子核里，质子数比中子数多．( ×)三、结合能和质量亏损[导学探究] 1.设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核．质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量；氘核分解成质子和中子时要吸收能量．2．如图1所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线．图1(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比比结合能有什么特点？比结合能的大小反映了什么？(2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？答案(1)中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定．(2)释放能量．[知识梳理]1．对结合能的理解(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能．(2)比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．(3)核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比结合能较小，中等核子数的原子核，比结合能较大．当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能．2．对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E＝mc2. (2)质量亏损：质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)一切原子核均具有结合能．( √)(2)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高．( √)(3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．( ×)(4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量．( ×)一、对结合能的理解1．中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小．2．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定．(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．例1 下列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答案 D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A 选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B 、C 选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D 选项正确．1．核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．2．比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大．二、质量亏损和核能的计算例2 31H 的质量是3.016 050 u ，质子的质量是1.007 277 u ，中子的质量为1.008 665 u ．求：(质量亏损1 u 相当于释放931.5 MeV 的能量)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？答案 (1)放出 7.97 MeV (2)7.97 MeV 2.66 MeV解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是11H ＋210n ―→31H ，反应前各核子总质量为m p ＋2m n ＝(1.007 277＋2×1.008 665) u＝3.024 607 u ，反应后新核的质量为m H ＝3.016 050 u ，质量亏损为Δm ＝(3.016 050－3.024 607) u ＝－0.008 557 u. 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量．释放的核能为ΔE ＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV. (2)氚核的结合能即为ΔE ＝7.97 MeV ，它的比结合能为ΔE3≈2.66 MeV.针对训练一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.6736×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量．答案(1)73Li＋11H→242He (2)2.781×10－12 J解析(1)73Li＋11H→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg释放的能量ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.781×10－12 J1．计算过程中Δm的单位是kg，ΔE的单位是J.2．若Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV，可直接利用公式ΔE＝Δm×931.5 MeV来计算核能．1．下列关于核力的说法正确的是( )A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内D．核力与电荷有关答案 C解析核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故选项C正确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误；核力与电荷无关，故选项D错误．2．(多选)关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的是( )A．原子核中质子和中子的个数一定相等B．稳定的重原子核里，中子数要比质子数多C．原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了D．质子和中子可以组合成任意稳定的核答案BC3．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误．4．已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量)答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.一、选择题(1～8题为单选题，9～10题为多选题)1．下列对核力的认识正确的是( )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10－15m内的核子之间，大于0.8×10－15m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力答案 D解析由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( ) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在着强大的核力D．核子间存在着复杂磁力答案 C解析核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都有核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C.3．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2) u×c2B．(m1＋m2－M) u×931.5 JC．(m1＋m2－M)cD．(m1＋m2－M)×931.5 MeV答案 D4．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )A．E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能答案 D解析爱因斯坦质能方程E＝mc2定量的指出了物体具有的能量与其质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．5．某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He 的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( )A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量答案 B解析根据核反应过程质量数、电荷数守恒，可得21H＋31H→42He＋10X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u．总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量．6．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为( )A．21.04 MeV B．35.56 MeVC．92.16 MeV D．77.64 MeV答案 C解析设中子的质量为m n，质子的质量为m p，α粒子的质量为mα，碳原子核的质量为m C.根据质能方程：ΔE1＝28.30 MeV＝[2(m n＋m p)－mα]c2ΔE2＝7.26 MeV＝[3mα－m C]c2ΔE3＝[6m n＋6m p－m C]c2由以上各式得ΔE3＝92.16 MeV.7．如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错误，同理可得B、D错误，C正确．8．中子n、质子p、氘核D的质量分别为m n、m p、m D.现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )A.12[(m D－m p－m n)c2－E]B.12[(m D＋m n－m p)c2＋E]C.12[(m D－m p－m n)c2＋E]D.12[(m D＋m n－m p)c2－E]答案 C解析因为轻核聚变时放出能量，质量亏损，所以氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线能量E 对应质量的增加和中子与质子动能的产生，即E ＝Δmc 2＋2E k ＝(m p ＋m n －m D )c 2＋2E k 得E k ＝12[E －(m p ＋m n －m D )c 2]＝12[(m D －m p －m n )c 2＋E ]，故选C.9．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H ＋10n ―→21H ＋γ，以下说法中正确的是( )A ．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B ．反应前后的质量数不变，因而质量不变C ．γ光子的能量为Δmc 2，Δm 为反应中的质量亏损，c 为光在真空中的速度 D ．因存在质量亏损Δm ，所以“物质不灭”的说法不正确答案 AC解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A 、C.10．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm ，相应的能量ΔE ＝Δmc 2＝2.2 MeV 是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A ．用能量小于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B ．用能量小于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案 AD解析用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A 正确，B 错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C 错误，D 正确．二、非选择题11．一个静止的镭核22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核22286Rn.已知镭核226质量为226.025 4 u ，氡核222质量为222.016 3 u ，放出粒子的质量为4.002 6 u,1 u 相当于931.5 MeV 的能量．(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粒子的动能，求放出粒子的动能．答案 (1)226 88Ra→222 86Rn ＋42He (2)6.05 MeV (3)5.94 MeV 解析 (1)核反应方程为22688Ra→22286Rn ＋42He. (2)镭核衰变放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2＝(226.025 4－4.002 6－222.016 3)×931.5 MeV ≈6.05 MeV.(3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn －m αv α＝0① 又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则 ΔE ＝12m Rn v Rn 2＋12m αv α2②由①②可得E kα＝m Rn m Rn ＋m α·ΔE ＝222.016 3222.016 3＋4.002 6×6.05 MeV≈5.94 MeV.。

【小初高学习】2017_2018学年高中物理第十九章原子核5核力与结合能同步备课学案新人教版选修3_

5 核力与结合能[目标定位] 1.了解四种基本相互作用，知道核力的特点.2.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.3.认识原子核的结合能和质量亏损，并能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基本相互作用1．核力原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15_m之内．(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．3．四种基本相互作用(1)长程力：万有引力和电磁力，对于带电粒子，在相同距离上，电磁力要比万有引力强1035倍．(2)短程力：发生在原子核内的强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强力更短，为10－18 m.【例1】(多选)关于核力，下列说法中正确的是( )A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程强力作用解析核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.答案CD核力特点记忆技巧：(1)核子既包括质子也包括中子，质子带电，中子不带电，所以核力与电荷无关．(2)原子核非常小，所以核力属于短程力．(3)质子间是库仑斥力，核力比库仑力大得多，属于强相互作用力．二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核质子数与中子数大致相等．2．较重原子核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．【深度思考】为什么轻核的质子数与中子数差不多，而较重的原子核中中子数大于质子数？答案(1)若质子与中子成对地构建原子核，由于核力是短程力，当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．(2)若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．(3)由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，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2】下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的解析自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．因此正确答案选D.答案 D三、结合能1．结合能克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，也叫平均结合能，比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．3．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图1所示．图1从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小．【深度思考】怎样区别和理解结合能与比结合能？答案结合能：把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量．比结合能：结合能与核子数的比值，比结合能能够反映核的稳定程度，比结合能越大表明原子核越稳定．组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但比结合能不一定越大，相对来说，比结合能更有意义．它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度．【例3】下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( )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解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．答案 D四、质量亏损(1)爱因斯坦质能方程：E＝mc2.(2)质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．(3)核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，与它们在互相结合过程中放出的能量ΔE 的关系是ΔE＝Δmc2.【深度思考】质量亏损是不是质量消失了？答案质量亏损，并不是质量消失．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2.【例4】(多选)关于质能方程，下列说法中正确的是( )A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的解析质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以选项B、D正确．答案BD质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化．【例5】已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He ＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.答案吸收能量 1.2 MeV核能的计算方法(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前、后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.1．(原子核中质子与中子的比例的理解)在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是( )A．中子数等于质子数B．中子数小于质子数C．中子数大于质子数D．无法确定答案 C解析原子核越重，原子间库仑斥力就越大，而中子数多于质子数，因中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于维系原子核的稳定，故稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．故正确答案为C.2．(对结合能和比结合能的理解)(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( ) A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(13355 Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误．3．(质量亏损和核能的计算)(多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是( ) A．E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能答案ABC解析爱因斯坦质能方程E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．4．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm＝0.215 3 u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？解析由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时释放的能量 ΔE ＝Δmc 2＝0.215 3×931.25 MeV≈200 MeV.铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量200 MeV235≈0.85 MeV.答案 200 MeV 0.85 MeV题组一对核力及结合能的理解1．(多选)原子核内的核子能稳定地结合在一起，是因为有核力的作用，下列说法中正确的是( )A ．核力是核子间的库仑力和万有引力的合力B ．每个核子与核内其他的核子之间都存在核力作用C ．每个核子只跟它相邻的核子之间才有核力的作用D ．核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力答案 CD解析核力是核子间强相互作用力，是除库仑力、万有引力之外的力，核力与万有引力、库仑力的性质不同，故A 错误；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m ，原子核的半径数量级在10－15m ，所以核力只存在于相邻的核子之间，故C 正确，B 错误；核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力，故D 正确．2．(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( ) A ．核子结合为原子核时，一定释放能量 B ．核子结合为原子核时，可能吸收能量 C ．结合能越大的原子核越稳定 D ．比结合能越大的原子核越稳定答案 AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A 正确，B 错误；核子越多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C 错误，D 正确．题组二质量亏损和核能的计算3．(多选)对公式ΔE ＝Δmc 2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD解析一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．4．某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He 的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( )A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量答案 B解析根据核反应方程质量数、电荷数守恒，可得21H＋31H→42He＋10X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u．总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量．5.如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．6．(多选)一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子，并释放核能．已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，真空中的光速为c .下列说法正确的是( )A ．核反应方程是21H ＋31H→42He ＋10nB ．聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4C ．释放的能量ΔE ＝(m 3－m 4－m 1－m 2)c 2D ．氘核的比结合能大于氦核的比结合能答案 AB解析由核反应规律电荷数、质量数守恒知A 正确；聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，故B 正确；聚变反应中亏损的质量对应减小的能量以光子的形式放出，故光子能量为ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，故C 错误；氘核的比结合能小于氦核的比结合能，故D 错误． 7．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用能量为E 的γ射线照射静止的氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( ) A.12[(m D －m p －m n )c 2－E ] B.12[(m p ＋m n －m D )c 2－E ] C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E ] D.12[(m p ＋m n －m D )c 2＋E ] 答案 C解析核反应过程中的质量亏损为Δm ＝m D －m p －m n 核反应过程中释放的能量为 ΔE ＝Δmc 2＝(m D －m p －m n )c 2 质子和中子的总动能为E k ＝ΔE ＋E中子的动能是总动能的一半，故选项C 是正确的．8．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe )而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯(C 2Cl 4)溶液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe ＋3717Cl→3718Ar ＋0－1e ，已知3717Cl 核的质量为36.956 58 u ，3718Ar 核的质量为36.956 91 u ，0－1e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为( ) A ．1.33 MeVB ．0.82 MeVC ．0.51 MeVD ．0.31 MeV答案 B解析根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，则ΔE ＝Δm ×931.5 MeV＝(36.956 91＋0.000 55－36.956 58)×931.5 MeV≈0.82 MeV.题组三综合应用9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H ＋31H→42He ＋10n ，已知31H 的平均结合能是2.78 MeV ，21H 的平均结合能是1.09 MeV ，42He 的平均结合能是7.03 MeV ，则核反应时释放的能量为多少MeV? 答案 17.6解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV.反应后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6 MeV.10．运动的原子核AZ X 放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X 、Y 和α粒子的质量分别是M 、m 1和m 2，真空中的光速为c ，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．答案 (M －m 1－m 2)c 2MM －m 2(M －m 1－m 2)c 2解析由于反应过程存在质量亏损，所以反应前、后总动能之差等于质量亏损而释放的核能，则根据爱因斯坦质能方程得ΔE k ＝12m 2v 2α－12Mv 2X ＝(M －m 1－m 2)c 2；反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，则有Mv X ＝m 2v α联立解得α粒子的动能12m 2v 2α＝M M －m 2(M －m 1－m 2)c 2.11.31H 的质量是3.016 050 u ，质子的质量是1.007 277 u ，中子的质量是1.008 665 u ．1 u 相当于931.5 MeV 的能量，求：(计算结果保留三位有效数字)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？答案 (1)放出能量 7.97 MeV (2)7.97 MeV 2.66 MeV小初高教案试题导学案集锦K12资源汇总，活到老学到老 (3)1.92×1021Hz解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是11H ＋210n→31H ，反应前各核子总质量为 m p ＋2m n ＝1.007 277 u ＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u ，反应后新核的质量为m H ＝3.016 050 u ，质量亏损为Δm ＝3.024 607 u －3.016 050 u ＝0.008 557 u因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量．释放的核能为ΔE ＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV.(2)氚核的结合能即为ΔE ＝7.97 MeV.它的比结合能为ΔE 3≈2.66 Me V. (3)放出光子的频率为ν＝ΔE h ＝7.97×106×1.6×10－196.63×10－34 Hz≈1.92×1021Hz.。

高中物理第十九章原子核5核力与结合能教材梳理素材新人教版选修3-5

5 核力与结合能疱丁巧解牛知识·巧学一、核力与四种基本相互作用1.核力：组成原子核的每个核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力.2.核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质：(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多. 深化升华因为核子间存在核力，所以原子核内蕴藏着巨大的能量.(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10-15m 之内,核力在大于0.8×10-15m 时表现为吸引力,且随距离增大而减小,超过1.5×10-15m,核力急剧下降几乎消失;而在距离小于0.8×10-15m 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.深化升华核力与电荷无关.在原子核中，质子与质子，中子与中子，中子与质子间的核力相同.(4)在原子核内，除核力外还存在一种弱力，弱力是引起原子核发生β衰变的原因，即引起中子——质子转变的原因，弱力也是短程力，其力程比强力更短，为10-18 m ，作用强度比静电力还小.深化升华四种基本相互作用：万有引力，电磁力，强相互作用，弱相互作用.二、原子核中质子与中子的比例原子核越大，有些核子间的距离越来越远，随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，而核力减小得更快，所以，原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们的库仑力，这个原子核就不稳定了，这时，如果不再成对地增加质子和中子，而是只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维持原子核的稳定.由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多.由于核力的作用范围是有限的，以及核力和饱和性，如果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.三、结合能1.结合能由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能量.我们把这个能量叫做结合能.联想发散结合能越大，将原子核拆散开需要的能量越多，说明原子核越稳定. 例如，用光子照射氘核(H 21)，只有当光子的能量等于或大于2.2 MeV 时,才能使它分解为质子和中子,核反应方程为:γ+H 21→H 11+n 10.反过来，使一个质子和一个中子结合成氘核，会放出2.2 MeV 的能量.因此，氘核结合能为2.2 MeV.深化升华结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量.2.比结合能(平均结合能)原子核的结合能与其核子数之比，称做平均结合能.联想发散由平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就可释放核能.3.平均结合能与原子核的稳定性(1)平均结合能的大小能够反映核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定.(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定.(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时就可释放核能，例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能.深化升华核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小.中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定.四、质量亏损1.质量亏损组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差，叫做核的质量亏损.2.质能方程原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系是：E=mc 2(或ΔE=Δmc 2)这就是著名的爱因斯坦质能方程，因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损Δm ，再代入质能方程求出核能.学法一得结合能的计算：在计算核能时，可用通过先计算质量亏损Δｍ，再由ΔE=Δｍc2计算求得核能.(1)核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物的质量差用质能方程计算，(2)核反应中能量的吸收，与核力的作用有关.当核子结合成原子核时，核力要做功，所以放出能量.原子核分裂为核子时，要克服核力做功，所以要从外界吸收能量.误区警示爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间转变关系，对质量亏损，切忌不能误解为这部分质量转变成了能量，质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；第三，质量亏损不是否定了质量守恒定律.根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于质量的亏损，所以质量和能量守恒仍成立.典题·热题知识点一结合能和平均结合能例1 在一次核反应中U 23592变成Xe 13654和Sr 9038时，要释放出若干中子.U 23592的平均结合能约为7.6 MeV ，Xe 13654的平均结合能约为8.4 MeV,Sr 9038的平均结合能约为8.7 MeV ，求：(1)把U 23592分解为核子时，要吸收多少能量？(2)使相应的核子分别结合成Xe 13654和Sr 9038时，要释放出多少能量？(3)在这个核反应中是吸收还是放出能量？这个能量大约是多少？解析：将原子核分解为核子时要吸收能量，将核子结合成原子核时要释放出能量，利用结合能和平均结合能的关系求解.(1)把U 23592分解为核子时要吸收的能量为E 1=235×7.6 MeV=1 786 MeV(2)核子结合成Xe 13654释放出的能量为E 2=136×8.4 MeV=1 142.4 MeV核子结合成Sr 9038释放出的能量为E 3=90×8.7 MeV=783 MeV(3)在这个核反应中放出的能量为E′=E 2+E 3=1 925.4 MeV由于E′＞E 1，所以这个核反应放出能量，放出的能量为ΔE=E′-E 1=139.4 MeV巧解提示在微观领域对核能计算中有时用国际单位比较麻烦，习惯上常用“原子”质量单位(u)和“电子伏特(eV)”作为质量和能量单位，且1 u 相当于931.5 MeV.知识点二质量亏损和质能方程例2 关于质能方程，下列说法正确的是( )A.质量减少，能量就会增加，在一定的条件下质量转化为能量B.物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C.物体有一定的质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系解析：质能方程E=mc 2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定的能量，并可根据ΔE=Δmc 2进行计算，所以选项B 、D 正确.答案：BD方法归纳准确理解爱因斯坦的质能方程是解答本题的关键.例3 2个质子和1个中子结合可以生成氦3，反应方程式为：2H 11+n 10→He 32，已知每个质子的质量为1.007 277 u ，中子的质量为1.008 665 u ，氦3的质量为3.002 315 u ，试求氦3的结合能.解析：求出过程中的质量亏损，再由爱因斯坦的质能方程或原子质量单位与能量的关系即可求解.粒子结合前后的质量亏损为Δm=2m H +m n +m α=2×1.007 277 u+1.008 665 u -3.002 315 u=0.020 904 u由爱因斯坦质能方程得，结合能为E=Δmc 2=0.020 904×1.660 6×10-27×(2.997 9×108)2J=3.12×10-12J巧解提示由于1u 相当于931.5MeV,则结合能为E=0.020 904×931.5 MeV=19.47 MeV例4 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853 131×10-25kg ，钍核的质量为3.786 567×10-25kg ，α粒子的质量为6.646 72×10-27kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_____________________J(保留两位有效数字).解析：反应前后质量发生改变，由ΔE=Δmc 2可解得.衰变前后质量变化为Δm=m U -m Th -m α=3.853 131×10-25kg-3.786 567×10-25kg-6.646 72×10-27kg=9.7×10-30kg衰变过程中释放的能量为ΔE=Δmc 2=9.7×10-30×(3×108)2J=8.7×10-13J。

2017_2018学年高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能教学案新人教版选修3_5

第5节核力与结合能1．原子核内相邻核子之间的作使劲叫核力，把原子核内核子分开所需要的能量叫结合能。

2．结合能与核子数之比叫比结合能。

比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳固。

3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，那个现象叫做质量亏损。

一、核力与四种大体彼此作用1．核力(1)概念：原子核里的核子间的彼此作使劲。

(2)作用：把核子牢牢地束缚在核内，形成稳固的原子核。

2．核力的特点(1)核力是强彼此作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。

(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内。

核力在大于0.8×10－15 m，小于1.5×10－15 m的范围内表现为吸引力，在小于0.8×10－15 m时表现为斥力。

(3)每一个核子只跟临近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。

3．第四种彼此作用核物理学家在原子核内发觉了自然界的第四种彼此作用——弱彼此作用，弱彼此作用是引发原子核β衰变的缘故。

该作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度比电磁力小。

4．四种大体彼此作用四种大体彼此作用包括万有引力、电磁力、强彼此作用和弱彼此作用，在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。

二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等。

2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核二者相差越多。

三、结合能与质量亏损1．结合能原子核是核子凭借核力结合在一路组成的，要把它们分开，也需要能量，这确实是原子核的结合能。

2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。

比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳固。

中等大小的核的比结合能最大，最稳固。

3．质能方程物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。

4．质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。

1．自主试探——判一判(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力能够达到平稳。

高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能学案新人教

5 核力与结合能课堂合作探讨问题导学一、核力与四种彼此作用活动与探讨11．目前物理学家提出自然界中有哪四种彼此作用？这四种彼此作用在作用距离上有什么不同？2．在宇宙演化的进程中，各类粒子有机缘进行各类组合，但为何自然界中只有200多种原子核存在？迁移与应用1下列说法中正确的是（）A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B．对证子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳固的作用C．重核比中等质量的核更稳固D．两个质子之间无论距离如何，核力总大于库仑力1．核力是强彼此作用，在其作用范围内比库仑力大，但其作用距离很小，属短程力，而且每一个核子只跟相邻核子发生核力作用。

2．物理学家正在致力于将四种彼此作用纳入某种统一的理论中，但尚未成功。

1967年，温伯格和萨拉姆在格拉肖电弱统一模型的基础上提出了电弱统一的完善理论。

二、质量亏损与核能的计算活动与探讨21．由比结合能曲线观察原子核质量数与比结合能的关系，比较原子核的稳固性，找出自然界中核子的比结合能有什么特点？2．从比结合能曲线你能取得如何的信息？比结合能曲线3．1930年，中国物理学家赵忠尧在实验中发觉：高能量的射线在铅中具有很强的吸收能力，同时还伴随着一种“额外散射”，大约是 MeV光子。

这是历史性的重大发觉。

但那时出现了某种评价上的失误，使赵忠尧那篇论文没有取得应有的评价。

20世纪90年代著名物理学家杨振宁，撰写专文澄清事实，以正视听。

后来证明，赵忠尧的“额外散射”与正负电子湮灭转化为光子有关，固然光子也能转变成一对正负电子（如图所示的右上方为气泡室中正负电子对的径迹）。

试从能量转化的角度计算要转化为一对正负电子，每一个光子的频率至少应多大？（电子质量m e＝×10－31 kg）迁移与应用2镭核226 88Ra发生衰变放出一个粒子变成氡核222 86Rn。

已知镭核226质量为 4 u，氡核222质量为 3 u，放出粒子质量为 6 u（1 u相当于 MeV）。

高中物理第十九章5核力与结合能教案新人教版选修3_5

核力与结合能三维教学目标一、知识与技术（1）明白核力的概念、特点及自然界存在的四种大体彼此作用；（2）明白稳固原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；（3）理解结合能的概念，明白核反映中的质量亏损；（4）明白爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

二、进程与方式（1）会按照质能方程和质量亏损的概念计算核反映中释放的核能；（2）培育学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。

3、情感、态度与价值观（1）使学生树立起实践是查验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；（2）熟悉开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。

教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。

教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。

教学方式：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

教学进程：核力与结合能（一）引入新课提问1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=×10-27kg，带电量为元电荷e=×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力二者相差多少倍?（二者相差1036倍）提问2：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为何能挤在一路而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不明白的力，把核子束缚在一路了呢？今天就来学习这方面的内容。

（二）进行新课一、核力与四种大体彼此作用提示：20世纪初人们只明白自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。

在相同的距离上，这两种力的强度不同专门大。

电磁力大约要比万有引力强1036倍。

基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来对抗彼其间的库仑斥力是不可能的。

核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种彼此作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子牢牢地束缚在核内，形成稳固的原子核，后来的实验证明了科学家的猜想。

高中物理第十九章原子核5核力与结合能名师导航学案新

5 核力与结合能名师导航知识梳理1.组成原子核的核子之间有很强的彼此___________，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一路，这种力称为___________，核力是一种___________力，它在___________距离内表现为引力，在大于___________距离内迅速变成零，在小于___________距离内表现为斥力.2.排在化学元素周期表比较靠前的元素对应的原子核称为___________，比较靠后的元素对应的原子核称为___________.3.咱们把核子结合成原子核所放出的能量称为原子核的___________.疑难冲破对结合能的正确理解剖析：结合能，由于原子核中的核子之间存在着壮大的核力，才使原子核成为一个十分牢固的集合体.若是把原子核拆成自由核子，需要克服壮大的核力做十分庞大的功，或说需要庞大的能量.氘核是一个结构较为简单的原子核，实验表明，可用γ光子使氘核分解为1个质子和1个中子，这时的核反映方程是：γ+H 21→H 11+n 1入射的光子的能量至少是 MeV.对于相反的进程，当1个质子和1个中子结合成1个氘核时，要放出 MeV 的能量.这一能量以γ光子的形式辐射出去.可见，当核子结合成原子核时要放出必然能量；原子核分解成核子时，要吸收一样的能量.那个能量叫做原子核的结合能.固然， MeV 的能量的绝对数量并非算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量.若是组成的是×1023个氘核，放出的能量就十分可观了.与之相对照的是使1摩尔的碳完全燃烧放出的能量为×103 J.折合为每一个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4 eV.若跟上述核反映中每一个原子可能放出的能量相较，二者相差数十万倍.问题探讨问题：核反映中释放出的能量与亏损质量有什么关系？探讨：质能方程和质量亏损（1）核能：由于原子核中的核子间存在壮大的核力，使原子核成为一个牢固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做庞大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出庞大的能量，把核反映中放出的能量称为核能.（2）质能方程：E=mc 2.质能方程的含义是：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，能量减少质量也减少.（质量和能量是两个完全不同的概念，二者不能混为一谈）（3）质量亏损Δm凡是释放核能的核反映，反映后各原子核（新生核）及微观粒子的质量（即静止质量）之和都会变小，二者的差值就叫做质量亏损.（凡吸收能量的核反映，其生成物的质量之和大于反映物的质量之和）注意：爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并非表示质量和能量之间的转变关系.（即核反映中的质量亏损，并非是由这部份质量消失或转化的）.按照爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静止质量为零，但它有动质量，而且那个动质量恰好等于质量的亏损，另外，质量亏损也不是核子个数的减少，核反映中核子的个数是不变的.（4）核反映中释放的核能ΔE.①核反映中释放的核能ΔE知足质能方程ΔE=Δmc2.②计算核能，须牢牢抓住质量亏损.探讨结论：核反映中释放出的能量与亏损质量的关系是ΔE=Δmc2.典题精讲【例1】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，它们之间能够彼此转化B.由E=mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，能够用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度C.核反映中发觉的“质量亏损”是消失的质量转变成的D.因在核反映中能产生能量，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非守恒思路解析：E=mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并非是说明了能量和质量之间存在彼此转化的关系，故A项错误，而B项正确.核反映中的“质量亏损”并非是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并非是质量转变成能量，故C项错误.在核反映中，质量守恒，能量也守恒，在核反映前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反映前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误.答案：B【例2】已知氮核质量m N = 35 u ，氧核质量m O = 54 u ，氦核质量m He = 87 u 质子质量m H = 15u ，试判断核反映：H O He N 1117842147+→+是吸能反映，仍是放能反映，能量转变多少？思路解析：反映前总质量m N +m He = 40 u反映后总质量m O +m He = 69 u因为反映中质量增加，所以此反映为吸能反映，所吸能量为ΔE=Δmc 2=［(m N +m He )-(m O +m H )］c 2= 40)× MeV= MeV.答案：吸能反映能量转变量为 MeV知识导学咱们前面学习了放射现象，那只不过是咱们从放射性的现象上对原子核进行了一个间接的了解，从本节开始咱们就要真正进入原子核的内部对其进行探讨，要学好本节内容除要对本章前几节内容进行温习之外，还应注意以下几点：（1）在了解核力的性质时和咱们已经掌握的分子力的性质进行对比，找出异同，以达到增强记忆的目的.（2）在学习结合能时要从能量守恒的角度进行试探.疑难导析在谈到结合能和质量亏损时，有的学生误以为：当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的进程中，是质量变成能量.这是对证能方程的一种误解.按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大.物体运动时的运动质量与物体静止时静止质量间存在必然关系.当物体以远小于光速运动时，质量的这一转变很不明显.上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静止质量.质量亏损，是静止质量发生了转变，但在这一进程中， MeV 的能量是以辐射光子形式放出的.光子的静止质量为零，但那个光子的运动质量为：光子的能量/c 2.由此可见，当计算光子的质量时，虽说反映前后发生了质量亏损，这部份亏损，与光子的运动质量是相同的.反映前后的质量仍是守恒量，质量亏损并非这部份质量消失.固然，也就不存在质量转变成能量的问题.问题导思要理解这一问题第一应从质能方程入手进行试探：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=mc 2.那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c 2那个数值庞大，因此物体的能量是十分可观的，质量为1 kg 的物体所具有能量为9×1016 J ，这一能量相当于一个100万千瓦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.”物体贮藏着庞大的能量是无可置疑的，可是如何使如此庞大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程一样能够得出，物体的能量转变ΔE 与物体的质量转变Δm 的关系：ΔE=Δmc 2.问题是，为了取得能量ΔE，如何产生相应的Δm，当自由核子组成原子核时，要放出结合能，原子核的能量比组成原子核的核子的能量小，所以原子核的质量要比组成核的核子质量小.典题导考黑色陷阱：本题易错解为A 、D.错解分析：以为质能方程E=mc 2反映了物体质量就是能量，它们之间能够彼此转化，故以为A 正确.由于在核反映中有能量产生且伴随着质量亏损，就错误地以为有质量的转化，以为在反映前后总能量不守恒，总质量亦不守恒，故以为D 项正确.【典题变式1】一个铀核衰变成钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为 131×10-25 kg ，钍核的质量为 567×10-25 kg ，α粒子的质量为 672×10-27 kg.在那个衰变进程中释放出的能量等于____________J （保留两位有效数字）.答案：×10-13绿色通道：核能的计算方式为：（1）按照爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损乘以真空中光速的平方： ΔE=Δm·c 2.(2)按照1原子质量单位（u ）相当于 MeV 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 MeV ，即ΔE=Δm× MeV.【典题变式2】一个锂核（Li 73）受到一个质子轰击，变成两个α粒子，这一进程的核反映方程是____________.已知一个氢原子质量为 6×10-27 kg ，一个锂原子的质量是 5×10-27 kg ，一个氦原子质量是 6×10-27 kg ，上述反映所释放的能量为____________J.答案：Li 73+H 11→Ke 422 ×10-12。