2017-2018学年高中物理 第四章 原子核 . 核力与结合能教学案 -5

1、学必求其心得，业必贵于专精第四节核力与结合能目标定位1。知道核力及其性质。2.知道重核与轻核中中子数与质子数的数量多少关系。3.掌握结合能和平均结合能的概念。4。知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程，并能进行有关核能的计算一、核力及其性质1组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力2核力是一种很强的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的多3核力是一种短程力在约0.5101521015 m的距离内主要表现为引力;大于21015 m的距离时核力就迅速减小为零；在小于0.51015 m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起二、重核与轻核

2、原子核中的质子数又称为原子序数，排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫做重核，排在比较靠前的叫做轻核一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数相等,但是大多数重核是中子多于质子三、结合能1结合能:根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量,这个能量叫做原子核的结合能2用高能量的光子照射氘核，可以使它分解为质子和中子，核反应方程是hhn。光子的能量大于或等于2。22 mev。相反的过程，一个中子和一个质子结合成氘核会释放出2.22 mev的能量这个能量以光子的形式辐射出去核反应方程是nhh.3平均结合能：原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能它反映了一个原子核结合的紧密程度，平

3、均结合能越大，表示原子核结合得越稳定4爱因斯坦质能方程：emc2或emc2想一想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？答案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预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中问题1问题2问题3一、对核力的理解核力是原子核内核子与核子之间的相互作用，它发生在质子与质子之间、质子与中子之间、中子与中子之间,是一种超短程力，且是一种强相互作用，在作用的范围内，核力远大于库仑力【例1】(多选)对于核力，以下说法正确的是（）a核力是弱

4、相互作用，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0。51015 m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。51015 m时核力的变化规律更清楚答案bc解析核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在21015 m之内,核力比库仑力大得多，因此选项b正确，a错误；核力在大于0。51015 m且小于21015 m时表现为吸引力，且随距离的增大而减小;在距离小于0。51015 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项c正确；人们对核力的了解还不是很清楚,这正是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项d不正确针对训练1下列关于核力的

5、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21015 m之内d核力与电荷有关答案c解析核力是短程力,超过21015 m，核力急剧下降几乎消失，故c正确;核力与万有引力、电磁力不同,故a、b错;核力与电荷无关，故d错二、结合能与平均结合能的理解1平均结合能曲线：不同原子核的平均结合能随质量数变化图线如图1所示图1从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小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平均结合能又叫平均结合能,反映了原子核的稳定程度平均结合能越大，表示原子

6、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2】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

7、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，原子核分解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2一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为_该反应放出的能量为q，则氘核的平均结合能为_答案nhh解析方程式：nhh核子结合成原子核要放出能量,这个能量叫原子核的结合能它的结

8、合能与核子数之比，称作平均结合能,由题意知氘核的核子数为2，所以平均结合能为.三、质量亏损和核能的计算1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emc2.(2)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，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作emc2。2核能的计算方法（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）利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1

9、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em931。5 mev。其中m的单位是u，e的单位是mev。【例3】某核反应方程为hhhex.已知h的质量为2.013 6 u，h的质量为3.018 0 u,he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()ax是质子,该反应释放能量bx是中子，该反应释放能量cx是质子，该反应吸收能量dx是中子，该反应吸收能量答案b解析由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得hhhex,x为中子,在该反应发生前反应物的总质量m12.

10、013 6 u3。018 0 u5.031 6 u,反应后产物总质量m24.002 6 u1.008 7 u5。011 3 u总质量减少,出现了质量亏损根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故b正确借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量由于不明确质量亏损的含义与能量的关系,易误选d。注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量【例4】已知氮核质量mn14。007 53 u，氧17核的质量mo17.004 54 u，氦核质量mhe4.003 87 u,氢核质量mh1.008 15 u，试判断:nheoh这

11、一核反应是吸收能量还是放出能量?能量变化是多少？答案吸收能量1。2 mev解析反应前总质量：mnmhe18。011 40 u,反应后总质量：momh18。012 69 u可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应吸收的能量利用emc2来计算，若反应过程中质量增加1 u,就会吸收931.5 mev的能量,故e(18。012 6918。011 40)931.5 mev1.2 mev。针对训练3在某些恒星内,3个粒子结合成1个c核，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 u1.661027 kg，则下列选项错误的是()a反应过程中的质量亏损是0。007

12、 8 ub反应过程中的质量亏损是1.291029 kgc反应过程中释放的能量是7.27 mevd反应过程中释放的能量是1。161019 j答案d解析由题意可得核反应方程为3hece，则核反应中的质量亏损为m(34。002 612。 000 0） u0.007 8 1。661027 kg1.291029 kg，由质能方程得e mc21。291029(3108)2 j1.1611012 j7.27 mev，故a、b、c正确,d错.对核力和结合能的理解1下列对核力的认识正确的是（）a任何物体之间均存在核力b核力广泛存在于自然界中的核子之间c核力只存在于质子之间d核力只发生在相距21015 m的核子之

13、间，大于0。51015 m为吸引力,而小于0.51015 m为斥力答案d解析由核力的特点知道，只有相距21015 m的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子、中子与中子之间，由此知d选项正确2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

14、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平均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的核的平均结合能要小质量亏损和核能的计算3为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”对于爱因斯坦提出的质能方程emc2，下列说法中不正确的是（）aemc2表明物体具有的能量与其质量成正比b根据emc2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demc2中的e是发生核反应中释放的核能答案d解析爱因斯坦质能方程emc2

15、，定量地指出了物体能量和质量之间的关系,a正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量;反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故b、c正确，d错误4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）c b（m1m2m3)cc(m1m2m3)c2 d（m1m2m3)c2答案c解析根据质能方程，emc2，其中m(m1m2m3），则e(m1m2m3)c2，c正确5一个锂核（li)受到一个质子的轰击，变成两个粒子已知质子

16、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 61027 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(保留3位有效数字)答案(1) lih2he（2）2。781012 j解析(1） lih2he(2）核反应的质量亏损mmlimp2m（11.650 510271。673 6102726。646 61027） kg3.091029 kg释放的能量emc23。091029(3108）2 j2.781012 j（时间：60分钟）题组一对结合能的理解1(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

17、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平均结合能越大，原子核越不稳定d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答案ab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，核子平均结合能增大，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；平均结合能越大,分开核子所需的能量越大,原子核越稳定，选项c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d错误2(多选）对结合能、平均结合能的认识，下列正确的是(）a一切原

18、子核均具有结合能b自由核子结合为原子核时，可能吸收能量c结合能越大的原子核越稳定d平均结合能越大的原子核越稳定答案ad解析由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，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故c错误,d正确题组二质量亏损、核能的计算3。如图1所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数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

19、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,a错，同理可得b、d错,c正确4对公式emc2的理解不正确的是(）a如果物体的能量减少了e,它的质量也一定相应减少mb如果物体的质量增加了m,它的能量也一定相应增加mc2cm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e，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是m答案c解析一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了e,它的质量也一定相应减少m,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m

20、，它的能量一定相应增加mc2，所以选项b正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项c错误5(多选）一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出光子,核反应方程是hnh,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光子的能量为mc2,m 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m，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，释放的能量会以光子的形式向外释放，核反应中会出现质量亏损，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，所以质量不守恒故正确答案为

21、a、c.6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(mm1m2）uc2b(m1m2m）u931。5 jc（m1m2m)c2d(m1m2m）931.5 ev答案c解析在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用emc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931。5 mev的能量计算，即em931。5 mev进行计算,故c正确，a、b、d错7(多选)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为m，相应的能量emc22.2 mev是氘核的结合能下列说法正确的是（）a用能量小于2。2 mev的光子照

22、射静止氘核时,氘核不能分解为一个质子和一个中子b用能量小于2.2 mev的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子,它们的动能之和为零c用能量大于2。2 mev的光子照射静止氘核时,氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零d用能量大于2.2 mev的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案ad解析用能量小于结合能的光子照射氘核时,氘核一定不能分解，所以a正确，b错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了),所以c错误，d正确8氘核和氚核聚变时的核反应

23、方程为hhhen，已知h的平均结合能是2。78 mev，h的平均结合能是1.09 mev，he的平均结合能是7.03 mev,则核反应时释放的能量为_mev.答案17。6解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能e1(1。0922。783) mev10。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。题组三综合应用9历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0。5 mev的质子h轰击静止的x，生成两个动能均为8。9 mev的he.（1 mev1.61013 j)（1）上述核反应方程为_(2)质量亏损为_kg。答案(1)hx2he(或hli2he)(2)3.11029解析(1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为hx2he或hli2he.（2）设反应前质子的动能为ek0，反应后he的动能为ek，由于质量亏损而释放的能量为e2ekek0(28.90.5) mev17。