第4章第1节核力与核能

第4章第1节核力与核能

第1节核力与核能

学习目标知识脉络

1.认识核素图，知道核力的概念及特点．(重点)

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．(重点)

3.理解结合能及平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损．(难点)

4.掌握爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能应用质能方程进行计算．(重点)

核力与核的稳定性

[先填空]

1．核力

把原子核中的核子维系在一起的力．

2．核力特点

(1)核力是短程力，作用范围在2 f(1 f＝10－15 )左右，它不能延伸到3 f以外．

(2)当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力．

(3)核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1 f，库仑力是200 N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库

仑力的作用．

3．核素

具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子．

4．核素图

用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象．

5．核的稳定性

(1)核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域．

(2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越越大于质子数．

[再判断]

1．原子核内的质子间均存在核力和库仑力．(×)

2．稳定原子核的质子数总是与中子数相等．(×)

3．对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用．(√)

[后思考]

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】组成原子核的相邻的核子间存在核力．

[核心点击]

1．原子核中核子比例关系：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．越重的原子核，两者相差越多．

2．形成原因及原子核的稳定性

(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起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，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性．

(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．由于核力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，原子核的大小也受到限制．

1．(多选)关于核力，下列说法中正确的是( )

A．原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用

B．核力既可能是引力，又可能是斥力

．核力对核子做正功，原子核要释放核能

D．原子核内相距较远的两个核子间没有核力作用，但一定有库仑力作用

【解析】核力表现为引力时随核子间距离的增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故B正确；核力

是短程力，只有在2.0×10－15 左右的范围内起作用，故A 正确；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故正确；原子核内两核子相距较远时没有核力作用，核内质子与中子间不会有库仑力作用，D错误．【答案】AB

2.核子结合成原子核的下列说法中，正确的是( )

A．原子核内的核子间均存在核力

B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力

．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加

D．质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用

【解析】由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 ，故错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．

【答案】 D

结合能与平均结合能

[先填空]

1．结合能

核子结合成原子核所释放的能量．

2．平均结合能

(1)定义：平均每个核子的结合能．

(2)意义：平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子．

3．质量亏损

(1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损．

(2)能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为ΔE＝Δ2.

[再判断]

1．原子核的核子数越多，平均结合能越大．(×)

2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×)

3．结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．(×) [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．

[核心点击]

1．对平均结合能的理解

(1)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．

(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，中等质量的核平均结合能最大、最稳定．

(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，就要释放核能．

2．质量亏损、质能方程及核能的计算

(1)质量亏损：

①科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等．例如，精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出．

②Δ是核反应前与核反应后的质量之差．

(2)质能方程E＝2

爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量()之间存在着密切的关系，即E＝2，式中为真空中的光速．爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比．由于2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的．