人教版高中物理选修3-5第十九章第5节

高中物理学习材料（马鸣风萧萧**整理制作）第5节核力与结合能1．原子核内____________之间的相互作用力称为核力，核力具有以下三个特点：(1)核力是__________的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力________．(2)核力是________，作用范围在______________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__________几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为______．(3)核力的饱和性：每个核子只跟______的核子发生核力作用．2．四种基本相互作用分别是：__________、________、______________、____________.其中万有引力和电磁力是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力．3．自然界中较______的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较______的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差就越多．4．结合能与质量亏损(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，________能量或核力把核子结合在一起________的能量，称为原子核的__________．(2)比结合能：结合能与________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________，原子核越稳定．①质量亏损：核反应前与反应后的总质量之差称为________．②爱因斯坦质能方程：E＝________.③核能的计算：ΔE＝__________，其中Δm是质量亏损．【概念规律练】知识点一核力1．对于核力，下列说法中正确的是()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是强相互作用，是强力C．核子之间的距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15m时核力的变化规律更清楚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．核子间存在着复杂的电磁力知识点二结合能3．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分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知识点三质量亏损与质能方程4．下面是一核反应方程21H＋31H→42He＋X，用c表示光速，则()A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c25．关于质能方程，下列说法正确的是()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C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成了能量D．因在核反应中产生能量，有质能的转化，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【方法技巧练】质量亏损与核能的计算方法6．设氢核、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，那么氢核和中子结合成氘核时，放出的能量为()A．m3c2B．(m1＋m2)c2C．(m3－m1－m2)c2D．(m1＋m2－m3)c2B)变成一个质子和一个碳14，还放出0.75 MeV的能量，7．一个α粒子击中一个硼核(115其核反应方程为____________________________，反应过程中质量亏损等于________kg.(结果保留两位有效数字)8．一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3.853131×10－25kg，钍核的质量为3.786567×10－25kg，α粒子的质量为6.64672×10－27kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于________J．(结果保留两位有效数字)1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是()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2．关于核力，下列说法中正确的是()A．核力是电磁力的一种，是核子中电荷间的相互作用B．核力就是分子力，都属于短程力C．只有相邻核子之间才存在核力的作用D．核子间的距离大于0.8×10－15m时核力表现力引力，距离小于0.8×10－15m时核力表现为斥力，超过1.5×10－15m时核力急剧下降几乎消失3．下列关于原子核中质子和中子的说法中正确的是()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．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在4．一个中子和一个质子能结合成氘核，结合这一事实，下列说法正确的是() A．核子结合成原子核时，一定要放出能量B．核反应中放出的电磁波，可称之为X射线C．发生这一反应的过程中，出现了质量亏损，因此核反应前后质量数不守恒D．这一核反应的过程中，有质量转化为能量，因此总能量增加5．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表明物体具有的能量与其质量成正比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是发生的核反应中释放的核能6．一个氘核21H质量为m1，一个氚核31H质量为m2，它们结合成一个质量为m3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m1＋m2－m3D．X的质量为m1＋m2－m3－ΔE c27．一个质子和一个中子结合成一个氘核，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，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是() A．核反应方程是11H＋10n→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝h21止的A Z X，生成两个动能均为8.9 MeV的42He.(1 MeV＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为________________________________________________；(2)质量亏损为________kg.9．中子的质量为1.008 7 u，质子的质量为1.007 3 u，氘核的质量为2.013 6 u，中子和质子结合成氘核时释放的能量为______________ J．(计算结果取两位有效数字，1 u＝1.7×10－27kg)10．已知氮核质量m N＝14.007 53 u，氧核质量m O＝17.004 54 u，氦核质量m He＝4.003 87u，质子质量m H＝1.008 15 u，试判断核反应147N＋42He→178O＋11H是吸能反应还是放能反应？能量变化是多少？(1 u＝931.5 MeV)11．太阳中能量来源的一种途径是4个质子和两个电子结合成一个α粒子，并释放能量．若质子的质量m p＝1.007 277 u，电子的质量m e＝0.000 549 u，α粒子质量mα＝4.001 50 u，则上述该反应释放的能量为多少eV？(1 u＝1.66×10－27kg)12．一个锂73Li受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知一个氦原子核的质量是6.646 6×10－27kg，一个锂原子核的质量是1.165 06×10－26kg，一个氢原子核的质量是1.673 6×10－27kg，(1)试写出这一过程的核反应方程；(2)计算这一过程中的质量亏损；(3)计算这一过程中所释放的核能．第5节核力与结合能课前预习练1．核子与核子(1)强相互作用大得多(2)短程力1．5×10－15m急剧下降斥力(3)邻近2．万有引力电磁力强相互作用弱相互作用3．轻重4．(1)吸收放出结合能(2)核子数越牢固(3)①质量亏损②mc2③Δmc2课堂探究练1．BC[核力是强相互作用，故A错误，B正确．核力的作用范围是1.5×10－15m以内，为短程力且大于0.8×10－15m时表现为引力，小于0.8×10－15m时表现为斥力，故C正确．目前对核力的了解还不够，对小于0.8×10－15m时核力的变化规律还不清楚，故D错误．] 2．C[核力是短程力，由于核力很强大，所以将核子拆开需要大量的能量克服核力做功；若核子结合成原子核，则放出大量的能量，所以选项C正确．核力是强相互作用力，是与库仑力和电磁力不同的另一种性质的力．]3．D[核子结合成原子核是放出能量，原子核分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．]4．D[由质量数守恒及电荷数守恒定律可得X为10n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D项正确．]5．B [根据爱因斯坦质能方程可知，物体具有的能量与质量有简单的正比关系．物体质量增大，能量也增大，认为能量与质量可以相互转化的观点是错误的，故A 、C 错，B 对；在核反应中系统的总能量是守恒的，故D 错．质能方程中反映的是能量与质量的对应关系，但不能理解为能量转化为质量，也不能认为质量转化为能量．]6．D [此核反应中的质量亏损为Δm ＝m 1＋m 2－m 3，由质能方程得，此反应释放的能量为ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，故D 正确．]7.115B ＋42He →146C ＋11H 1.3×10－30 解析 核反应方程由质量数守恒与电荷数守恒可知：115B ＋42He →146C ＋11H由爱因斯坦的质能方程可得ΔE ＝Δmc 2，反应过程中的质量亏损Δm ＝ΔE c 2＝0.75×106×1.6×10－19(3.0×108)2kg ＝1.3×10－30 kg . 8．8.7×10－13解析 因为Δm ＝m U －m Th －m α＝3.853 131×10－25 kg －3.786 567×10－25 kg －6.646 72×10－27 kg ＝9.7×10－30 kg故ΔE ＝Δmc 2＝9.68×10－30×(3×108)2 J ＝8.7×10－13 J课后巩固练1．D [核子间的核力最大，万有引力最小，D 正确．]2．CD [由核力的特点知只有C 、D 正确．]3．D [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．因此选项D 正确．]4．A [考查原子物理中核反应的各种守恒规律及对质能方程的理解．由质量数守恒知，C 错；由能量守恒知，D 错；核反应中放出的是γ射线，B 错．]5．D [E ＝mc 2中c 为光速，所以物体具有的能量E 与其质量成正比，A 正确；ΔE ＝Δmc 2可以计算核反应中释放的核能，B 正确；一个中子和一个质子结合成氘核，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损，C 正确；E ＝mc 2中，E 是指物体所具有的能量，ΔE ＝Δmc 2中，ΔE 是核反应中发生质量亏损释放的核能，D 错误．]6．D [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 ，释放的核能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．] 7．B [根据该反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知核反应方程为：11H ＋10n →21H ＋γ，故选项A 错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3，故选项B 正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E ＝(m 1＋m 2－m 3)c 2，故选项C 错误；由E ＝hc λ知，γ光子的波长λ＝h (m 1＋m 2－m 3)c，故选项D 错误．] 8．(1)11H ＋73X →42He ＋42He 或11H ＋73Li →42He ＋42He(2)3.1×10－29 kg解析 (1)11H ＋73X →42He ＋42He或11H ＋73Li →42He ＋42He(2)Δmc 2＝E 末－E 初Δm ＝E 末－E 初c 2＝(2×8.9－0.5)×1.6×10－13(3×108)2kg ≈3.1×10－29 kg9．3.7×10－1310．吸能反应 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质量增加，为吸能反应，所吸收的能量为ΔE＝Δmc2＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV＝1.2 MeV.11．2.68×107eV或(2.67×107eV也对)解析根据爱因斯坦质能方程：ΔE＝Δmc2.只要求出质量亏损就可以求出释放的能量．解法一核反应前的质量是4m p＋2m e，核反应后的质量是mα，质量亏损为Δm＝(4m p＋2m e)－mα＝0.028 71 u释放的能量为ΔE＝Δmc2＝0.028 71×1.66×10－27×(3×108)21.60×10－19eV＝2.68×107eV解法二释放的能量为ΔE＝0.028 71×931.5 MeV＝26.7 MeV＝2.67×107eV 12．(1)73Li＋11H→242He(2)3.1×10－29kg(3)2.79×10－12J解析(1)这一过程的核反应方程为：73Li＋11H→242He(2)质量亏损Δm＝m Li＋m H－2mα＝11.650 6×10－27kg＋1.673 6×10－27kg－2×6.646 6×10－27kg＝3.1×10－29kg (3)释放核能ΔE＝Δmc2＝3.1×10－29×(3×108)2J＝2.79×10－12J。