高中物理 19.5 核力与结合能课件 新人教版选修35

1、5核力与结合能 第十九章原子核 学习目标 知识探究典例精析达标检测 1.了解四种基本相互作用，知道核力的性质. 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.知道原子核的结合能和比结合能的概念. 4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算 一、核力与四种基本相互作用 (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？ 知识探究 导学探究导学探究 答案 答案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，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

2、固的原 子核的？ 答案答案核子间(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 核力及特点 (1)核力：原子核里的 间存在着相互作用的核力，把核子紧紧地束缚在 核内，形成稳定的原子核 (2)核力特点 核力是核子间的 的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力 核力是 ，作用范围在 之内 在大于0.81015 m时表现为 ，超过1.51015 m时，核力急剧下降几乎 消失；而距离小于0.81015 m时，核力表现为 知识梳理知识梳理 答案 核子 核力 强相互作用 大得多 短程力 1.51015 m 吸引力 斥力 每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 核力与

3、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 答案 邻近 饱和性 更短 电磁力 万有引力 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，都是物体间的作用 B.核力就是电磁力 C.核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内 D.核力与电荷有关 即学即用即学即用 解析答案 解析解析核力是短程力，超过1.51015 m，核力急剧下降几乎消失，故 C对； 核力与万有引力、电磁力不同，故A、B选项错误； 核力与电荷无关，故D错. C (1)一些较轻的原子核如 中质子数和中子 数有什么关系？ 导学探究导学探究 答案 二、原子核中质子

4、与中子的比例 答案答案质子数与中子数相等. (2) 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？ 答案答案 中含有92个质子、146个中子； 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 答案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. 由于核力是 力及核力的饱和性，自然界

5、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，中子数质子数，越 重的原子核，两者相差越. 知识梳理知识梳理 大于 答案 多 短程 即学即用即学即用 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.由于核力的作用范围是有限的，所以不可能无节制地增大原子核而仍 稳定存在 D 解析答案 解析解析由稳定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； 原子核可以发生衰变，故C错误； 由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故D正确.

6、(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？ 导学探究导学探究 答案 三、结合能 答案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. 答案 答案答案释放能量. 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？ 图1 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？ 答案答案中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小

7、反映了原 子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定. 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， 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 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 ，原子核越 . (3)核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比结合能 ， 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 核能. 知识梳理知识梳理 分开 答案 核子数 牢固稳定 较小 核子数 中等 释放 即学即用即学即用 下列对结合能、比结合能的认识，正确的是() A.一切原子核均具有结合能 B.自由核子结

8、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不稳定 A 解析答案 解析解析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时需要吸收相应的能量，该能量即 为结合能，故A正确，B错误； 核子较多的原子核的结合能大，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、D均错误. 用粒子轰击铍( )核发现中子的核反应方程为 甲同学说：核反应过程中核子数没变，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如下： mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008

9、 665 u. (其中1 u1.660 5661027 kg)，他通过计算发现反应之后的质量减少 了，于是他得出结论：核反应过程中质量消失了. 这两个同学的说法对吗？如果不对错在哪里？你对质量亏损是如何理 解的？ 导学探究导学探究 答案 四、质量亏损 答案答案甲同学的说法错误.核反应过程中质量数守恒而不是质量守恒； 乙同学的说法错误.质量亏损并不是质量的消失. 对质量亏损的理解 (1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓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)

10、质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的. 质量亏损和核能的计算 (1)对质能方程和质量亏损的理解 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 . 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；质量减少，总能 量也随之，这时质能方程也写作E . 知识梳理知识梳理 增加 答案 mc2 减少mc2 (2)核能的计算 根据质量亏损计算 根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损m. 根据爱因斯坦质能方程E 计算核能. 其中m的单位是，E的单位是 . 利用原子质量单位u和电子伏

11、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E MeV.其中m的单位是 ，E的单位是. 千克 答案 mc2 焦耳 m931.5 uMeV 即学即用即学即用 根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是Emc2，这 一关系叫爱因斯坦质能方程.质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦 核的质量为m，下列关系式正确的是() A.m(2mp2mn) B.m(2mp2mn) D.以上关系式都不正确 返回 B 答案 例例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

12、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 一、对结合能的理解 典例精析 解析答案知识总结 解析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

13、确. 答案答案D 知识总结 知识总结 结合能、比结合能的对比理解 (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)比结合能为结合能与核子数的比值，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 例例2氘核和氚核聚变时的核反应方程为 ，已知 的平 均结合能是1.09 MeV， 的平均结合能是2.78 MeV， 的平均结合能 是7.03 MeV，则该核反应释放的能量为_ MeV. 解析答案归纳总结 解析解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E1(1.0922

14、.783) MeV 10.52 MeV. 反应后生成的氦核的结合能 E27.034 MeV28.12 MeV. 由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 EE2E1 (28.1210.52) MeV17.6 MeV. 答案答案 17.6 归纳总结 归纳总结 计算核能的两种方法： (1)根据质量亏损计算 根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损m. 根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能. 其中m的单位是千克，E的单位是焦耳. (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 是该核反应

15、所释放(或吸收)的核能. 针对训练针对训练一个锂核( )受到一个质子的轰击，变成两个粒子.已 知质子的质量是1.673 61027 kg，锂核的质量是11.650 51027 kg，氦核的质量是6.646 61027kg. (1)写出上述核反应的方程； 解析解析 答案答案 解析答案 (2)计算上述核反应释放出的能量. 返回 解析解析核反应的质量亏损 mmLimp2m (11.650 510271.673 6102726.646 61027) kg 3.091029 kg 释放的能量 Emc23.091029(3108)2 J2.7811012 J 答案答案2.7811012 J 解析答案 1.

16、(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( )的结合能小于铅原子核( )的结合能 D.比结合能越大，原子核越不稳定 E.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结 合能 达标检测 解析答案 解析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； 自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项 E错误. 答案答案ABC 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.(m1m2m3)cB.(m1m2m3)c C.(m1m2m3)c2 D.(m1m2m3)c2 解析答案 解析解析由质能方程Emc2，其中mm1m2m3 可得E(m1m2m3)c2，选项C正确. C 解析解析反应前总质量