2018版 第3章 4.原子核的结合能
最新版高中物理原子核3.4原子核的结合能课件教科版教学讲义ppt
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；平均结合能越大的原子核越稳定 ，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如 中等质量原子核的平均结合能比重核大，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 质量原子核的平均结合能比轻核的大，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 ．
【例 2】 某核反应方程为12H＋31H→24He＋X.已知21H 的质量为
2.013 6 u，31H 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．则下列说法中正确的是
()
A．X量
C．X 是质子，该反应吸收能量
借题发挥 结合能、平均结合能的对比理解 (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)平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大表 明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核 和重核的平均结合能大．
针对训练 1 一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，
2．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原 子核时会释放核能．
3．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，中等核子数的原子核，平均结合能较大， 原子核较稳定．
【例1】 下列关于结合能和平均结合能的说法中，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．平均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，重核的结合能和平均结 合能都大 D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 答案 D
2020年高考物理素养提升专题16 原子结构与原子核(解析版)
素养提升微突破16 原子结构与原子核——认知物体的微观结构原子结构与原子核原子结构与原子核是最近两年调整为必考考点，考试中一般以选择题形式出现，难度不高，属于理解记忆为主，但微观结构看不见，需要考生有丰富的想象能力建模能力。
【2019·新课标全国Ⅰ卷】氢原子能级示意图如图所示。
光子能量在1.63 eV~3.10 eV 的光为可见光。
要使处于基态（n =1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为A ．12.09 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.5l eV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV 的可见光。
故 1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。
故本题选A 。
【素养解读】本题考查波尔原子理论和能级跃迁，意在考查考生的理解能力。
一、原子的核式结构1．电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。
2．α粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。
【典例1】【2019·江苏卷】100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：460621228291He+Ni Cu+H X →+；该反应中的X 是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
【答案】中子 核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X 应为：10n 即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；【素养解读】本题通过原子核的人工转变考查了核反应方程中的质量数守恒、电荷数守恒等规律。
教科版高中物理选修3-5：《原子核的结合能》课件2-新版
变式训练2 质子、中子和氦核的质量分别为m1、 m2和m3，真空中的光速为c，当质子和中子结合 成氦核时，释放的能量是( ) A．(2m1＋2m2)c2 B．m3c2 C．(m3－2m1－2m2)c2 D．(2m1＋2m2－m3)c2
解析：选D.氦核由两个质子和两个中子结合而 成，结合时总质量减小，质量亏损Δm＝(2m1＋ 2m2－m3)． 释放的能量为：ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2.
第4节 原子核的结合能
课标定位
课前自主学案
第
4
节
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
1．认识原子核的结合能，理解爱因斯坦的质能 方程． 2．能根据质量亏损利用质能方程计算结合能．
课前自主学案
一、原子核的结合能及其计算 1．结合能：由分散的核子结合成原子核的过 程中所__释__放__出__的__能__量__称为原子核的结合能， 它也等于把原子核中的各个核子拆开时 __克__服__核__力______所需做的功． 2．结合能的计算 (1)质量亏损：原子核的静质量与构成它的所有 核子单独存在的总静质量的差． (2)爱因斯坦质能方程：___E_＝__m__c_2 ___，由此式 也可得出ΔE＝Δmc2.
两
个
中
子
和
一
个
质
子
结
合
为
一
个
氚
核
3 1
H(质量是 3.0180 u)时，质量亏损是多少？释
放 的 能 量 是 多 少 ？ (mn ＝ 1.0087 u ， mp ＝
1.0072 u,1 u＝931.5 MeV)
解析：两个中子和一个质子的总量是 m1＝2mn＋mp＝3.0246 u，mH＝3.0180 u Δm＝m1－mH＝0.0066 u 而1 u相当于931.5 MeV, 故 ΔE＝0.0066×931.5 MeV＝6.15 MeV. 答案：0.0066 u 6.15 MeV
教科版物理选修3-5第三节 原子核的结合能(共18张PPT)
核反应方程为：
2 1
H
13H
24He
01n
4、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光
子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常数
为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是（
）
B
A、核反应方程是 11H 01n13H
B、聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3
2、联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对 物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，
下列说法中正确的是（ AC）
A、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B、 E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能 C、 根据ΔE= Δ mc2 可以计算核反应中释放的核能 D、 Δ E= Δ mc2 表示发生的质量亏损Δ m转变成为能量Δ E释 放出来
U-235
Li-6
比结合能：
结合能
= 核子数
1）概念：原子核的结合能与核子数之比
2）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子 所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个 核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。
3）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均 结合能越大，核越稳定。
比结合能（MeV/核子）
反应后质量/kg
m氘
3.3436×10－27
总质量 3.3436×10－27
实验值： 2.22Mev
理论值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039 ×10－27kg
ΔE = Δmc 2 = 0.0039 10－27 (3.0 ×108 )2 3.511013 J
3.5110 13 1.6 10 19 106
《原子核的结合能》课件
2
α衰变、β衰变和γ衰变
各种衰变方式具有不同的特点和释放的粒子类型。α衰变放出α粒子，β衰变放出 β粒子，γ衰变放出γ射线。
3
质能守恒定律在衰变中的应用
质能守恒定律说明衰变过程中质能的守恒性，即总质能不受衰变影响。
能级结构
பைடு நூலகம்
原子核的能级结构
能级图的构建
原子核中存在不同的能级，这些 能级会影响原子核的性质和反应。
能级图以一种直观的方式显示原 子核中的能级分布和跃迁过程。
核素的分裂反应
核裂变是一类重要的反应，可以 释放大量能量，用于核能产生。
原子核的应用
核能应用
• 电力生产 • 放射性同位素检测 • 医学诊断和治疗
七十二碳靶计划
七十二碳靶计划是一项基础研 究计划，旨在探索新的元素和 核结构。
化学元素的合成与发 现
研究原子核可以帮助科学家合 成和发现新的化学元素。
总结
1 原子核结合能及稳定性
原子核的结合能决定了核的稳定性，影响着核的性质和反应。
2 原子核衰变及能级结构
原子核衰变是核自发变成更加稳定核的过程，能级结构决定了核的能量和跃迁。
3 原子核在应用中的重要性
原子核的应用广泛涉及能源、医疗和基础研究等领域。
《原子核的结合能》PPT 课件
原子核的结合能是研究核物理领域中重要的概念。结合能定义和影响因素、 核稳定性、原子核衰变、能级结构以及原子核的应用将在本课件中详细介绍。
什么是原子核结合能
定义
原子核结合能是维持原子核的稳定所需的能量，表示核内的质子和中子之间的相互作用力。
影响因素
核子数量、核子质量、核子结合方式等因素都会影响原子核的结合能。
原子核稳定性的判据
原子结合能最大的是哪一层
原子结合能最大的是哪一层
原子结合能是描述原子内部粒子之间的相互作用力的物理量，它反映了原子内部结构的稳定性和能量状态。
在原子的不同层次结构中，原子结合能会有所不同。
那么，原子结合能最大的是哪一层呢？
原子结构分为核内部的原子核和外部环绕着原子核的电子云。
在原子核和电子云之间存在相互作用力，这种相互作用力就是原子结合能。
在原子结构中，电子云和原子核之间的相互作用力是通过多种作用力综合作用而形成的。
在原子结合能中，最大的是原子核内部的结合能。
原子核内部的结合能是由核力（也称为强力）维持的。
核力是原子核内部相互作用的力，是一种极短程的作用力，只在原子核内部的质子和中子之间才起作用。
核力是一种非常强大的作用力，它可以克服质子之间的库伦排斥力，使得原子核中的质子和中子紧密结合在一起，形成稳定的原子核结构。
与核内部的结合能相比，电子云和原子核之间的结合能相对较小。
电子云和原子核之间的结合能是由库伦力（也称为静电力）维持的。
库伦力是正电荷和负电荷之间的相互作用力，是一种长程力。
在原子结构中，电子云的负电荷受到原子核的吸引力，使得电子云围绕着原子核运动，形成稳定的原子结构。
综上所述，原子结合能最大的是原子核内部的结合能。
核力作为原子核内部相互作用的主要力量，能够在原子核中维持质子和中子之间的稳定结合。
而电子云和原子核之间的结合能较小，主要是由库伦力维持的，使得电子云和原子核之间形成稳定的原子结构。
不同层次的原子结合能相互作用形成了稳定的原子结构，维持着物质的稳定和结构的完整性。
核力与结合能课件
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)
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__。
● 答案：BC
对结合能与比结合能的理解
●
()
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
三、结合能的计算方法 1．根据质量亏损计算 (1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损 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 (1)明确原子单位 u 和电子伏特之间的关系 1u＝1.6606×10－27kg,1eV＝1.602178×10－19J 由 E＝mc2 得 E＝1.6606×110.－62×7×102－.19998×1082eV＝931.5MeV (2)根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5MeV 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 931.5MeV， 即 ΔE＝Δm×931.5MeV。 其中 Δm 的单位是 u，ΔE 的单位是 MeV。
● 2．核力的饱和性 ● 稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子 的作用范围是有限的，核力具有饱和性，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。所以，原子核大小也受到限制。
高中物理选修3-5-核力与结合能
核力与结合能知识集结知识元原子核的结合能知识讲解核力与核能1．核力（1）含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核．（2）特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内③因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能（1）含义：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。
3．比结合能（1）定义：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。
（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
4．质量亏损与质能方程（1）质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差。
（2）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E=mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE=Δmc2；②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE=Δmc2.例题精讲原子核的结合能例1.下列说法中正确的有（）A．“康普顿效应”说明了光具有波动性B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应均是重核裂变C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢，原子核越稳定例2.原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是（）A．重核裂变成和要吸收能B．核的结合能约为2MeV量C．中等质量的原子核最不稳定D．两个核结合成核要释放能量例3.原子核的比结合能曲线如图所示。
根据该曲线，下列说法中正确的是（）A．核比核更稳定B．核的结合能约为7MeVC．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定大于两个轻核的质量和D．在核反应中，只有比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能例4.较轻的核的比结合能____中等大小的核的比结合能（填“大于”、“等于”、“小于”）。
《金版教程》2018届人教新课标物理一轮课件：17-2放射性元素的衰变、核能
2.半衰期 (1)定义：放射性元素的原子核有 半数 发生衰变所需的时间。 (2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、 压强)或化学状态(如单质、化合物)无关。 3.α 衰变和 β 衰变的实质 α 衰变：核内两个中子和两个质子结合得比较紧密，作为一个整体从较大的原子核内抛射出来。 β 衰变：核内的一个中子转化为一个质子，同时放出一个电子。
m 之内；
③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。
3.比结合能 (1)定义：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。 (2)特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固， 原子核越稳定。 4.质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程 E＝ mc
4 2He A A－4 衰变：Z X→Z－2Y＋
－1
A __ β 衰变：A Z X→Z＋1Y＋
0
e
γ 衰变：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生 α 衰变，有的发生 β 衰变，同时伴随着 γ 辐射。 (3)两个重要的衰变
234 4 ①238 92U→ 90Th＋2He； 234 0 ②234 90Th→ 91Pa＋－1e。
4 30 1 30 30 0 例如：27 13Al＋2He→15P＋0n，15P→14Si＋1e。
二、天然放射现象 1.天然放射现象 元素 自发 地放出射线的现象，首先由 贝可勒尔 有复杂的结构。 2.放射性和放射性元素 物质发射某种看不见的射线的性质叫 放射性 。 具有放射性的元素叫 放射性元素 。 3.三种射线 放射性元素放射出的射线共有三种，分别是 α 射线、β 射线、γ 射线。 发现。天然放射现象的发现，说明 原子核 还具
知识点 3 1.核力
3.4 原子核的结合能 教学课件(教科版选修3-5)
上述反应的电子中微子的最小能量为
自主学习
)．
A．1.33 MeV
C．0.51 MeV 解析
图3-4-1 B．0.82 MeV
D．0.31 MeV
根据 1 原子质量单位 (u) 相当于 931.5 MeV 能量，则 ΔE ＝
Δm×931.5 MeV＝ (36.95619＋ 0.00055－36.95658)×931.5 MeV＝ 0.82 MeV. 答案 B
结合能和平均结合能 由于 核力的存在，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：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，能与原子核的稳定性
．
(4)由E＝mc2得ΔE＝ Δmc2 ，ΔE对应着Δm质量．
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．
自主学习 名师解疑 分类例析
一、对结合能的理解 核反应伴随能量的变化 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
－29
kg. (2)3.1×10
－29
7 4 4 (1)1 H ＋ Li → He ＋ 1 3 2 2He
借题发挥
正确运用质能方程，动量守恒定律和能量守恒定律以
及动量和动能的关系是解题的关键．
自主学习
名师解疑
分类例析
【变式2】 如图3-4-1所示，雷蒙德· 戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 (ve)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的 探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)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
核力与结合能课件
2．对质能方程 E＝mc2 本质的理解： 爱因斯坦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的转变关系。对于质量亏损，不 能理解为质量变成了能量，质能方程的本质是： (1)质量或能量是物质的属性之一，绝不能把物质和它们的某一属 性(质量和能量)等同起来． (2)质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，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 量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化． (3)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 好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立．
提示： 不正确．质子之间的库仑斥力的大小与万有引力的大小相差 1 035 倍，两者相差悬殊，不可能平衡．在原子核内一定还存在第三个相互 作用力来克服较强的库仑斥力．
问题 2 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.
3．核反应中由于质量亏损而释放的能量 ΔE＝Δmc2： 从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化 ΔE 与物体 的质量变化 Δm 的关系：ΔE＝Δmc2. 4．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法： 根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了质
量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量．
典例精析
下面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
高中物理第3章原子核4原子核的结合能课件教科版选修3-5
知 识 点 一
学
业
4.原子核的结合能
分
层
测
评
知 识 点 二
原子核的结合能及其计算
[先填空] 1．结合能 核子结合成原子核所释放的能量． 2．质能关系式： (1)物体的能量与其质量的关系式 E＝mc2. (2)能量计算 ΔE＝Δmc2.
Байду номын сангаас
3．质量亏损 核反应中的 质量减少称为质量亏损．
[再判断] 1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×) 2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×) 3．质能方程 E＝mc2 表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)
核能的两种单位 两 种 方 法 计 算 的 核 能 的 单 位 分 别 为 “J” 和 “MeV” ， 1 MeV ＝ 1×106×1.6×10－19 J＝1.6×10－13 J.
比结合能
[先填空] 1．比结合能 原子核的结合能 ΔE 除以核子数A ，ΔAE称为原子核的比结合能 ，又叫平 均结合能．
2．核聚变和核裂变 (1)核聚变：两个轻核结合成 较重的单个原子核时会释放能量，这样的过程 叫核聚变．两个氘核的聚变：21H＋21H→21He. (2)核裂变：一个重核分裂为两个(或多个中) 等质量的核时释放出能量，这样 的过程叫核裂变．
对比结合能曲线的理解 由曲线可知中等质量的核的比结合能最大，核最稳定．质量较大的重核裂 变成中等质量的核要释放能量，质量较小的轻核聚变时也要释放能量．
人教版高中物理 选择性 必修第三册：核力与结合能【精品课件】
实例引导
例3 (1)原子核的质量单位,通常会用原子质量单位u表示,1 u=1.660 5×
10-27 kg,请证明,质量亏损1 u将释放931.5 MeV的核能。
(2)239
94 Pu 的质量为 239.052
235
4
2 u,铀核 92 U 的质量为 235.043 9 u,氦核 2 He 的质
C.核力只存在于质子之间
D.核力发生在相距10-15 m内的核子之间
答案 D
解析 由核力的特点知道,相距10-15 m内的核子之间存在核力。故D正确。
4.4
1
个氢核(1 H)结合成
1
4
0
个氦核(2 He),同时释放出正电子(1 e)。已知氢核的质
量为 mp,氦核的质量为 mα,正电子的质量为 me,真空中光速为 c。计算每次核
确;核力可能表现为引力,也可能表现为斥力,B正确;核力是核子之间的强
相互作用力,C正确;核力是一种强相互作用力,D错误。
规律方法 四种基本相互作用比较
变式训练1(多选)对于核力,以下说法正确的是(
)
A.核力是弱相互作用力,作用力很小
B.核力是强相互作用的表现,是强力
C.核子之间的距离小于10-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一
ΔE=1.660 5×10-27×(3×108)2=1.494 45×10-10 J,
又1 eV=1.602×10-19 J,
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
核力与结合能 课件
解析:核子结合成原子核时放出能量,原子核拆解成核子时吸收 能量,A选项错;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; 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选项对。
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 可能释放核能。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。
知识归纳 1.对质量亏损的理解 (1)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。 (2)质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来。 (3)Δm是核反应前与核反应后的质量之差。
答案:D 规律总结结合能的应用技巧 (1)组成原子核的核子越多,结合能越高。 (2)结合能与核子个数之比称作比结合能,比结合能越大原子核越 稳定。 (3)结合能通常只用在原子核中。
质量亏损 问题探究
爱因斯坦狭义相对论中的质能方程给出了核能的计算方法。思 考:
(1)核反应中质量亏损与质量守恒矛盾吗? (2)核子结合成原子核时为何出现“质量亏损”? 要点提示:(1)不矛盾。核反应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。 (2)独立的核子之间没有作用力,但若使核子结合为原子核,核子 之间需接近到核力作用的范围。在核力的作用下结合为一体,核力 做正功,能量减少,即释放出能量,由ΔE=Δmc2知质量发生亏损。
高2021届高2018级版步步高3-5高中物理第三章 4
4 原子核的结合能[学习目标] 1.理解原子核的结合能的概念.2.知道质量亏损的概念, 了解爱因斯坦的质能方程.3.学会根据质能方程和质量亏损的概念进行核能的计算.一、原子核的结合能和比结合能曲线1.结合能:核子结合成原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量叫做原子核的结合能.2.比结合能:把原子核的结合能ΔE 除以核子数A , 即ΔE A称为原子核的比结合能.比结合能越大, 核就越稳定.3.比结合能曲线(如图1所示)图1由原子核的比结合能曲线可以看出:第一, 比结合能越大, 取出一个核子就越困难, 核就越稳定, 比结合能是原子核稳定程度的量度；第二, 曲线中间高两头低, 说明中等质量的原子核的比结合能最大, 近似于一个常数, 表明中等质量的核最稳定；第三, 质量较大的重核和质量较小的轻核比结合能都较小, 且轻核的比结合能还有些起伏.二、原子核的结合能的计算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:核反应中原子核的质量小于组成它的核子的质量.(3)质量亏损与释放核能的关系:ΔE＝Δmc2.[即学即用]1.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.(×)(5)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.(×)2.已知α粒子(42He)是由2个质子、2个中子组成的, 取质子的质量m p＝1.672 6×10－27 kg, 中子的质量m n＝1.674 9×10－27kg, α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27kg, 真空中光速c＝3.0×108 m/s.则α粒子的结合能为________.(计算结果保留两位有效数字)答案 4.3×10－12 J解析组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2m p＋2m n)－mαα粒子的结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J.一、对结合能的理解[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氘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2所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线.图2(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.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原子核的比结合能要小.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.重核与中等质量的原子核相比较, 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[导学探究]如图3所示是原子核转变示意图.图3(1)在核反应过程中质量数、核电荷数是否守恒？(2)在该核反应过程中会释放出能量, 反应前后原子核的质量是否会发生变化？答案(1)在核反应中, 质量数、核电荷数是守恒的.(2)会发生变化, 是减少的.[知识深化]1.质量亏损: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提供.2.质能方程E＝mc2(1)质能方程说明一定的质量总是跟一定的能量相联系.具体地说, 一定质量的物体所具有的总能量是一定的, E＝mc2, 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)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；物体质量减少, 总能量也随之减少, 这时质能方程也写成ΔE＝Δmc2.3.核能的计算方法(1)根据质量亏损计算:①根据核反应方程, 计算核反应前和核反应后的质量亏损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.③利用原子质量单位u和电子伏特计算1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量, ΔE＝Δm×931.5 MeV, 其中Δm的单位为u, ΔE 的单位为MeV.(2)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.判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法(1)根据反应前后质量的变化情况进行判断, 若质量减少即发生了质量亏损, 则释放能量；若质量增加, 则吸收能量.(2)根据动能变化判断, 若不吸收光子而动能增加则放出能量.例231H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)放出能量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 ＝(3.024 607－3.016 050) 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ΔE 3≈2.66 MeV .核能的两种单位换算技巧1.若以kg 为质量亏损Δm 的单位, 则计算时应用公式ΔE ＝Δmc 2, 核能的单位为J.2.若以原子质量单位“u ”为质量亏损Δm 的单位, 则ΔE ＝Δm ×931.5 MeV, 核能的单位为MeV .3.两种单位的换算:1 MeV ＝1×106×1.6×10－19 J ＝1.6×10－13 J.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1.672 6×10－27 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)2.691×10－12 J解析 (1)73Li ＋11H →242He (2)核反应的质量亏损Δm ＝m Li ＋m p －2m α＝(11.650 5×10－27＋1.672 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg ＝2.99×10－29 kg 释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝2.99×10－29×(3×108)2 J ＝2.691×10－12 J1.(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(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；比结合能越大, 分开核子所需的能量越大, 原子核越稳定, 选项D错误.2.(质能方程的理解)(多选)关于质能方程, 下列哪些说法是正确的()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答案BD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B、D正确.3.(核能的计算)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.(m 1＋m 2－M ) u ×931.5 JC.(m 1＋m 2－M )cD.(m 1＋m 2－M ) u ×931.5 MeV答案 D4.(核能的计算)一个α粒子轰击硼(11 5B)核变成碳14和一个未知粒子, 并放出7.5×105 eV 的能量, 写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损.答案 42He ＋11 5B →14 6C ＋11H 1.3×10－30 kg解析 根据质量数守恒和核电荷数守恒可得42He ＋11 5B →14 6C ＋11HΔE ＝7.5×105×1.6×10－19 J ＝1.2×10－13 J.由ΔE ＝Δmc 2可得 Δm ＝ΔE c 2≈1.3×10－30 kg.一、选择题考点一 对结合能的理解1.下列关于平均结合能的说法正确的是( )A.核子数越多, 平均结合能越大B.核子数越多, 平均结合能越小C.结合能越大, 平均结合能越大D.平均结合能越大, 原子核越稳定答案 D2.关于原子核的结合能与平均结合能, 下列说法中不正确的是( )A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时, 核力做的功B.原子核的结合能等于核子从原子核中分离, 外力克服核力做的功C.平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D.不同原子核的平均结合能不同, 重核的平均结合能比轻核的平均结合能大答案 D解析原子核中, 核子与核子之间存在核力, 要将核子从原子核中分离, 需要外力克服核力做功.当自由核子结合成原子核时, 核力将做正功, 释放能量.对某种原子核, 平均每个核子的结合能称为比结合能也称为平均结合能.不同原子核的平均结合能不同.重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小, 轻核的平均结合能比稍重核的平均结合能要小.考点二质能方程的理解、质量亏损和核能的计算3.(多选)对公式ΔE＝Δmc2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地减少ΔmB.如果物体的质量增加了Δm, 它的能量也一定相应地增加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解析一定的质量对应一定的能量, 物体的能量减少了ΔE, 它的质量也一定相应地减少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, 它的能量一定相应地增加Δmc2, 所以选项B正确.某原子核衰变时, 一定发生质量亏损, 所以选项C错误.4.(多选)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Δmc2, 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, 则光子的能量为Δm·c2(Δm为反应中的质量亏损, c为真空中的光速), 故正确答案为A、C.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错误, 同理可得B、D错误, C正确.6.(多选)在某些恒星内, 3个α粒子结合成1个C原子, C原子的质量是12.000 0 u, He原子的质量是4.002 6 u.已知1 u＝1.66×10－27 kg, 则()A.反应过程中的质量亏损是0.007 8 uB.反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kgC.反应过程中释放的能量是7.26 MeVD.反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J答案ABC解析由题意可得核反应方程为342He→12 6C＋ΔE.则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0) u＝0.007 8 u＝0.007 8×1.66×10－27 kg≈1.29×10－29 kg, 由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2 J＝1.161×10－12 J≈7.26 MeV.故正确答案为A、B、C.7.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时, 释放的能量是(c表示真空中的光速)()A.(m1＋m2－m3)cB.(m1－m2－m3)cC.(m1＋m2－m3)c2D.(m1－m2－m3)c2答案 C解析一个质子和一个中子结合成氘核时, 质量亏损Δm＝m1＋m2－m3, 根据质能方程, 释放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2, 选项C正确, A、B、D错误.8.一个氘核21H 质量为m 1, 一个氚核31H 质量为m 2, 它们结合成一个质量为m 3的氦核.核反应方程如下:21H ＋31H ―→42He ＋X.在这一核反应过程中释放的能量为ΔE .已知真空中光速为c , 则以下判断正确的是( )A.X 是质子B.X 是正电子C.X 的质量为m 1＋m 2－m 3D.X 的质量为m 1＋m 2－m 3－ΔE c 2答案 D解析 由电荷数守恒知, X 的质子数为0, 由质量数守恒知, X 的质量数为1, 故X 为中子, 设X 的质量为m , 反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m , 释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3－m )c 2, 则X 的质量为m 1＋m 2－m 3－ΔE c 2, 故选项D 正确. 9.(多选)关于核反应方程234 90Th ―→234 91Pa ＋X ＋ΔE (ΔE 为释放出的核能, X 为新生成的粒子), 已知234 90Th 的半衰期为T , 则下列说法正确的是( )A.234 91Pa 没有放射性 B.234 91Pa 比234 90Th 少1个中子, X 粒子是从原子核中射出的, 此核反应为β衰变 C.N 0个234 90Th 经2T 时间因发生上述核反应而放出的核能为34N 0ΔE (N 0数值很大) D.234 90Th 的比结合能为ΔE 234答案 BC解析 原子序数大于83的原子核都具有放射性, A 项错误；该核反应为β衰变, 是原子核内的一个中子转化为一个质子, 同时释放出一个电子, B 项正确；N 0个234 90Th 原子核经2T 时间发生衰变的个数为34N 0, 由核反应方程知, 放出的核能为34N 0ΔE , C 项正确；由比结合能的定义知, D 项错误.二、非选择题10.(质量亏损与核能的计算)一个静止的镭核226 88Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn.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)×931.5 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均转变为氡核和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 . 11.(质量亏损与核能的计算)氘核与氚核的核反应为:21H ＋31H →42He ＋b a X ＋17.6×106 eV, 求:(1)核反应式中的X 是什么粒子.(2)这一过程的质量亏损是多少？(3)1 g 氘核完全参与上述反应, 共释放核能多少？氘核的摩尔质量M ＝2 g/mol, 阿伏伽德罗常量N A ＝6.0×1023 mol －1.答案 (1)中子 (2)3.1×10－29 kg (3)8.448×1011 J解析 (1)由质量数和电荷数守恒可知, 氘核与氚核的核反应:21H ＋31H →42He ＋b a X ＋17.6×106eV, X 的质量数是1, 电荷数是0, 故X 是中子.(2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2, 得Δm ＝ΔE c 2＝17.6×106×1.6×10－19(3×108)2 kg ≈3.1×10－29 kg(3)1 g 氘核完全与氚核发生反应释放的核能为:ΔE ′＝m MN A ×17.6×106 eV ＝5.28×1030 eV ＝8.448×1011 J.。
2018_2019学年高中物理第三章原子核3.4原子核的结合能课件教科版选修3_5
7 1 4 答案:(1)3 Li 1 H→22 He
(2)2.78×10-12J
【总结提升】应用质能方程时应注意的三个问题
(1)要明确题目中已知量的单位,只有Δ m和c取国际单
位,得到的E才是国际单位。 (2)计算质量亏损Δ m时,正确书写核反应方程是关键, 特别是某个核子或原子核前系数不是“1”的情况。 (3)此类题目运算量比较大,一定要细心演算,有时需要 保留几位有效数字。
2.比结合能:
原子核越大,它的结合能越高,因此有意义的是它的结
合能与核子数之比,称作比结合能。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。
【特别提醒】
中等大小的原子核的比结合能最大,这些核最稳定。使 较重的核分裂成中等大小的核,或者把较小的核合并成 中等大小的核,核子的比结合能都会增加,都要释放能 量。
28
2.(2015·江苏高考)取质子的质量mp=1.672 6×
10-27kg,中子的质量mn=1.674 9×10-27kg,α 粒子的质
量mα =6.646 7×10-27kg,光速c=3.0×108m/s。请计算
α 粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)
【解析】α粒子由两个质子和两个中子组成,根据爱因
【过关训练】 1.(多选)(2016·全国卷Ⅲ)一静止的铝原子核
28 Si*,下列说法正确的是 态的硅原子核 14 27 13
Al
俘获一速度为1.0×107m/s的质子p后,变为处于激发 ( )
A.核反应方程为p+
27 13
Al →
28 14
Si*
B.核反应过程中系统动量守恒
C.核反应过程中系统能量不守恒 D.核反应前后核子数相等,所以生成物的质量等于反应 物的质量之和 E.硅原子核速度的数量级为105m/s,方向与质子初速度 方向一致
2018北大博雅计划物理试题答案
2018北大博雅计划物理试题答案关于物体的惯性，下列说法正确的是：A. 静止的火车启动时，速度变化慢，说明静止的物体惯性大B. 高速运动的汽车很难停下来，说明汽车的速度越大，其惯性也越大C. 宇航员在宇宙飞船中能漂起来是因为此时宇航员不存在惯性D. 乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球的惯性小答案：D下列关于物理学史的说法正确的是：A. 牛顿通过扭秤实验较为准确地测出了引力常量B. 库仑通过实验较为准确地测出了静电力常量C. 伽利略通过斜面实验合理外推，间接证明了自由落体运动是匀变速直线运动D. 法拉第通过实验发现了电流的磁效应答案：BC关于力和运动的关系，下列说法正确的是：A. 物体受力才会运动B. 力使物体的运动状态发生改变C. 停止用力，运动的物体就会停止D. 力是使物体保持静止或匀速直线运动状态的原因答案：B下列关于电场和磁场的说法正确的是：A. 电场线和磁感线都是闭合曲线B. 电场线和磁感线都是不存在的，是人们为了研究问题方便假想出来的C. 电场线和磁感线都可能相交D. 电场线和磁感线都是客观存在的答案：B关于电磁波，下列说法正确的是：A. 电磁波在真空中的传播速度与电磁波的频率无关B. 周期性变化的电场和磁场可以相互激发，形成电磁波C. 电磁波在真空中的传播速度等于光速D. 电磁波和机械波都需要介质来传播答案：ABC关于热力学定律，下列说法正确的是：A. 热量可以从低温物体传到高温物体B. 不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功，而不产生其他影响C. 气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大D. 一定质量的理想气体，如果压强不变，体积增大，那么它一定从外界吸热答案：ABD下列关于光学现象的说法正确的是：A. 用光导纤维束传送图象信息，这是光的衍射现象的应用B. 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉现象C. 眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象D. 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景像清晰答案：D关于原子核和核能，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原子核的结合能C. 铀核（(\mspace{2mu}{92}{238}U)）衰变为铅核（(\mspace{2mu}{82}{206}Pb)）的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变D. 根据玻尔理论，氢原子的核外电子由较高能级跃迁到较低能级时，要释放一定频率的光子，同时电子的动能增大，电势能减小答案：AD。
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【答案】 B
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5． (多选)如图 341 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 ( )
A．将原子核 A 分解为原子核 B、C 一定放出能量 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
[再判断] 1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×) 2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×) 3．质能方程 E＝mc2 表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)
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[后思考] 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．
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1．对质量亏损的理解 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，这时质能方程也写为 ΔE＝Δmc2.
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2．核聚变和核裂变 (1)核聚变：两个轻核结合成 较重的单个原子核时会释放 能量，这样的过程
4 2 2 叫核聚变．两个氘核的聚变：1H＋1H→ 2He
.
(2)核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出能量，这样 的过程叫核裂变．
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[再判断] 1．原子核的核子数越多，比结合能越大．(×) 2．比结合能越大，原子核越稳定．(√) 3 ．由比结合能曲线可知，核聚变和核裂变两种核反应方式都能释放核 能．(√)
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原 子 核 的 结 合 能 及 其 计 算
[先填空] 1．结合能 核子结合成原子核 所 释放的能量． 2．质能关系 (1)物体的能量与其质量的关系式 E＝ mc2 .
Δmc2 . (2)能量计算 ΔE＝
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3．质量亏损 核反应中的质量减少 称为质量亏损．
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4．下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( A．核子结合成原子核时吸收能量 B．原子核拆解成核子时要吸收能量
)
C．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 D．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
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【解析】 核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量， A 错误，B 正确；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，C、D 选项错误．
知 识 点 一
4.原子核的结合能
知 识 点 二
学 业 分 层 测 评
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学 习 目 标 1.知道原子核的结合能及质量亏 损，并能用质能方程进行计 算．(重点、难点) 2.知道比结合能的概念，知道比 结合能越大的原子核越稳定，了 解比结合能曲线的意义．(重点)
知 识 脉 络
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【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，故 B、D 对．
Hale Waihona Puke 【答案】 BD上一页
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3． 取质子的质量 mp＝1.672 6×10 α 粒子的质量 mα＝6.646 7×10
图 341
【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 正确，同理可得 B、D 错，C 正确．
【答案】 AC
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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，释放的能量约为________．
【答案】 4.3×10
－12
J
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核能的两种单位 两 种 方 法 计 算 的 核 能 的 单 位 分 别 为 “J” 和 “MeV” ， 1 MeV ＝ 1×106×1.6×10－19 J＝1.6×10－13 J.
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比 结 合 能
[先填空] 1．比结合能 ΔE 原子核的结合能 ΔE 除以 核子数A ， A 称为原子核的比结合能，又叫平均 结合能．
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【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，反应中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、D.
【答案】 ACD
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【答案】 92.16 MeV
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对比结合能曲线的理解 由曲线可知中等质量的核的比结合能最大，核最稳定．质量较大的重核裂 变成中等质量的核要释放能量，质量较小的轻核聚变时也要释放能量．
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学业分层测评（十一）
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[后思考] 裂变反应发生后，裂变反应生成物的质量增加还是减小？为什么？
【提示】 的质量减小．
减小．裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后
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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，就可能释放 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．
－27
－27
kg， 中子的质量 mn＝1.674 9×10
－27
kg，
kg， 光速 c＝3.0×108 m/s.请计算 α 粒子的结合
能．(计算结果保留两位有效数字)
【解析】 组成 α 粒子的核子与 α 粒子的质量差 Δm＝(2mp＋2mn)－mα 结合能 ΔE＝Δmc2 代入数据得 ΔE＝4.3×10－12 J.
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1．(多选)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
1 2 是1 H ＋ n → 1 0 1H＋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．反应前后质量数不变，但会出质量亏损 D．γ 光子的能量为 Δmc2，Δm 为反应中的质量亏损，c 为光在真空中的速 度
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2．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.
【解析】 6 个中子和 6 个质子可结合成 3 个 α 粒子， 放出能量 3×28.30 MeV ＝84.9 MeV， 3 个 α 粒子再结合成一个碳核，放出 7.26 MeV 能量，故 6 个中子和 6 个质 子结合成一个碳核时，释放能量为 84．9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.
2．(多选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的(
) 【导学号：22482045】
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