2020届高三物理一轮复习 原子核的组成、核力和核能(2)导学案

2020届高三物理一轮复习导学案

十八、原子和原子核（3）

原子核的组成、核力和核能

【目标】

1、知道原子核的组成和核力的概念

2、理解核能的概念，知道获得核能的两种途径

【导入】

一、原子核的组成：

原子核由质子和中子（统称为核子）组成．原子序数=核电荷数=核外电子数=质子数；原子核质量数A=质子数Z十中子数N。

二、核反应

某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．

三、核力：核子之间的引力．

1、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．

2、是一种强相互作用．

3、是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．

四、核能（原子核的结合能）

1、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．

例如1

1H+ 1

n→2

1

H+△E （△E=2.22 MeV）

2．核能的计算

根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2或△E=△m c2；其单位有两种选择方法：

（1）m或△m用“kg”，c用“m／s，”则 E（或△E）的单位为“J”

（2）m或△m用“u”（原子质量单位），则E（或△E）的单位用uc2，根据1u相当于931.5 MeV能量公式变为

E＝m × 931.5 MeV或△E=△m ×931.5 MeV；E（或△E）的单位为“MeV”．3．获得核能的两种途径：

（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．

铀核裂变的反应为：235

92U+ 1

n→139

54

Xe+95

38

Sr+ 21

n +217MeV

在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．例如氘核和氚核聚合成氦

核．2

1H＋3

1

H→4

2

He＋1

n＋17.6MeV

（几百万度）使核外电子脱离，核具有足够大的动能接近到10-15 mm以下距离内，聚变称为热核反应．氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器，太阳内部进行着激烈的热核反应。

【导研】

[例1]已知π+介子、π—介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u或反夸克d）组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。下列说法正确的是（）

A．π+由u和d组成B．π+由d和u组成

C．π—由u和d组成D．π—由d和u组成

[例2] 在原子物理的研究中经常用到核子平均结合能的概念，核子平均结合能是指质子、中子结合成某原子核时每个核子放出核能的平均值。下图为核子平均结合能与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是（）

A．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量小

B．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量大

C．若D、E能结合成F，结合过程一定放出能量

D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量

[例3]目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。U 夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为基元电荷。下列论断可能正确的是（）

A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成[例4]（09·重庆·16）某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两

个核反应方程为1

1H+12

6

C→13

7

N+

1

Q，1

1

H+15

7

N→12

6

C+X+

2

Q。方程式中Q1、

2

Q表示

释放的能量，相关的原子核质量见下表（）

A ．X 是32He ，21Q Q >

B ． X 是42He ，21Q Q >

C ．X 是32He ，21Q Q <

D ． X 是42He ，21Q Q <

[例5]月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（He 32）”的化学元素，是热核聚变重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3（He 32）”与氘核聚变，下列说法中正确的是（ ）

A ．核反应方程为H He H He 11422132+→+

B ．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量

C ．氨3（He 32）一个核子的结合能大于氦4（He 42）一个核子的结合能

D ．氦3（He 32）的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 【导练】

1、对下列四个方程理解正确的是 ( )

①24241112Na Mg X →+； ②23511419292056363U n Ba Kr X

+→++ ③321211He H X H +→+ ④192219101F X Ne H

+→+ A ．方程①是衰变方程，其中X 是β粒子

B ．方程②是裂变方程，其中X 是质子，且释放出核能

C ．方程③是聚变方程，其中X 是α粒子，且要吸收能量