高中物理195核力与结合能-名师公开课省级获奖课件(人教版选修3-5)

高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理19高中物理191.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？提示:不正确.质子之间的库仑斥力的大小与万有引力的大小相差1036倍，两者相差悬殊，不可能平衡.在原子核内一定还存在第三个相互作用力来克服较强的库仑斥力.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2.试分析为什么核力具有饱和性？提示:由于核力是短程力，只在相邻核子间存在，而核子周围的空间是有限的，一个核子周围只能有有限个核子，不能是无限个，所以核力具有饱和性.2.试分析为什么核力具有饱和性？3.四种基本相互作用各有什么特点?提示:(1)强相互作用(强力)：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力.(2)弱相互作用(弱力)：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力.(3)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体→长程力.(4)引力相互作用：引力主要在宏观和微观尺度上“独领风骚”，是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状→长程力3.四种基本相互作用各有什么特点?核力的变化与弹簧弹力的变化类似,压缩时排斥,拉伸时吸引.但核力要比弹簧弹力更敏感，因为核力是短程力,核子的半径约为0.8×10-15m,核力在大于0.8×10-15m时，表现为吸引力,且随距离的增大而减小,超过1.5×10-15m时,核力急剧下降几乎消失;而在距离小于0.8×10-15m时,核力表现为斥力.核力的变化与弹簧弹力的变化类似,压缩时排斥,拉伸时吸引.典例1关于核力，下列说法中正确的是()A．核力是一种特殊的万有引力，存在于原子核内所有的核子间B．原子核内只有相邻的两个核子间才有核力作用C．核力是原子核能稳定存在而“不分崩离析”的原因D．核力是一种短程强相互作用力，其作用的范围仅在1.5×10-15m内典例1关于核力，下列说法中正确的是()解答本题应注意以下三点：(1)核力存在于相邻的核子之间(2)核力是短程力(3)核力比库仑斥力大得多解答本题应注意以下三点：【规范解答】选B、C、D.核力是仅存在于相邻核子间的短程强相互作用力，而万有引力在任何有质量的物体间都存在，且远小于核力，A错，B、D对；因为有了强大的核力克服了原子核内质子间的库仑力才使原子核稳定存在，C对.【规范解答】选B、C、D.核力是仅存在于相邻核子间的短程强相【变式备选】关于核力的特点下列说法正确的是()A．核力是一种强相互作用B．核力是一种长程力，任意两个核子间都存在核力C．核力只发生在质子之间，或质子和中子间，中子间不存在核力D．核力具有饱和性【变式备选】关于核力的特点下列说法正确的是()【解析】选A、D.核力是一种强相互作用,A对;但是核力是一种短程力,仅仅存在于相邻的核子之间,相邻的核子可以是质子和质子,也可以是质子和中子,还可以是中子和中子,因此B、C错误,D正确.【解析】选A、D.核力是一种强相互作用,A对;但是核力是一种1.尝试分析质子和中子的比例关系.提示:(1)在1.5×10-15m范围内,核力起决定作用,在这个范围之外,库仑力起主要作用.(2)随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和库仑力都会减小，但核力减小得更快.所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了；这时,不再成对地增加质子和中子,而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多.1.尝试分析质子和中子的比例关系.2.什么样的原子核比结合能最大？提示:中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大)，这些核最稳定.另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用.2.什么样的原子核比结合能最大？3.核子结合成原子核时,质量减少,说明在核反应过程中质量不守恒，这种说法正确吗?提示:这种认识是错误的.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.3.核子结合成原子核时,质量减少,说明在核反应过程中质量不守4.由公式E＝mc2可知，质量和能量是一回事，这种认识对吗？提示:不对，质量不是能量，能量也不是质量，质量不能转化为能量，能量也不能转化为质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.5.根据质量亏损怎样计算结合能?提示:根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2计算核能，其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳.4.由公式E＝mc2可知，质量和能量是一回事，这种认识对吗？6.利用原子质量单位u和电子伏特怎样计算结合能?提示:利用原子质量单位u和电子伏特计算①明确原子质量单位u和电子伏特间的关系：1u=1.6606×10-27kg,1eV=1.602178×10-19J.由E=mc2得：②根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV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931.5MeV,即ΔE=Δm×931.5MeV.其中Δm的单位是u,ΔE的单位是MeV.6.利用原子质量单位u和电子伏特怎样计算结合能?

计算核能的方法核能计算常用的方法是:根据质量亏损和利用原子质量单位u和电子伏特计算,除了这两种外,还有以下两种也会经常用到,计算核能的方法(1)根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统,在核反应过程中的动量和能量是守恒的,因此,利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化.(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,就是此次核反应所释放(或吸收)的核能.(1)根据能量守恒和动量守恒来计算核能典例2一个静止的铀核(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核(原子质量为228.0287u).(已知：原子质量单位1u=1.67×10-27kg，1u相当于931MeV)(1)写出核衰变反应方程；(2)算出该核衰变反应中释放出的核能；(3)假设反应中释放出的核能全部转化为钍核和α粒子的动能，则钍核获得的动能有多大？典例2一个静止的铀核(原子质量为232.0372(1)书写核反应方程时一定要遵循两个守恒,即质量数和电荷数守恒.(2)核衰变反应中释放出的核能是由质量亏损造成的,其计算得根据爱因斯坦质能方程来计算.(3)参与核反应的粒子组成的系统,在核反应中满足动量守恒和能量守恒定律,开始时系统动量为零,反应后生成两种粒子,便可以得到核反应后两粒子的动量大小相等,方向相反.由同一种状态下粒子的动量与动能的关系可知,动能之比等于质量的反比,得出两动能关系.(1)书写核反应方程时一定要遵循两个守恒,即质量数和电荷数守【规范解答】(1)(2)质量亏损Δm=232.0372u-4.0026u-228.0287u=0.0059uΔE=Δmc2=0.0059u×931MeV=5.49MeV(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即【规范解答】(1)EkTh+Ekα=ΔE联立以上各式得到钍核获得的动能为:答案:(1)(2)5.49MeV(3)0.09MeVEkTh+Ekα=ΔE联立以上各式得到【变式备选】为了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E=mc2，下列说法中正确的是()A.物体获得一定的能量，质量也相应地增加一定值B.物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系C.根据ΔE=Δmc2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量D.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能【变式备选】为了纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将【自主解答】选A、D.根据质能方程E=mc2可知某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应地增加一定值，这种关系任何条件下都成立，故A对B错.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的能量，释放的能量并非由质量转化而来，故C错D对.【自主解答】选A、D.根据质能方程E=mc2可知某一定量的质高中物理19

的核由6个质子与6个中子组成，两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三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【解析】选D.核力是强相互作用力，是它将核子束缚在原子核内;库仑力如果大于核力,原子核内质子就不能存在于这么小的范围内;万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略;所以A、B、C错,选D.的核由6个质子与6个中子组成，两个质子之间存在着2.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以及核力的饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在2.关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()【解析】选D.原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错.又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制地增大，故D正确.【解析】选D.原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子3.下面是一核反应方程用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质子质量乘以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c23.下面是一核反应方程用c【解析】选D.在核反应中，质量数和电荷数都守恒，可知核反应方程中的X为中子，A、C错误;根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2知，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c2，故B错,答案为D.【解析】选D.在核反应中，质量数和电荷数都守恒，可知核反应方4.关于质能方程，下列说法正确的是()A．能量可以转化为质量B．质量可以转化为能量C．物质的核能可以用mc2表示D．当物体向外释放出能量时，其质量必定减小，且减小的质量Δm与释放的能量ΔE，满足ΔE=Δmc24.关于质能方程，下列说法正确的是()【解析】选D.质量和能量是两个不同的物理量，两者并不能相互转化，当物体向外释放出能量时，其质量必定减小，且减小的质量Δm与释放的能量ΔE，满足ΔE=Δmc2，这并不是说减少的质量转化成了能量，释放的能量是由核力做功引起的，爱因斯坦质能方程E=mc2只是说明了质量和能量之间在数量上成正比关系，并不表示两者可以相互转化，A、B错，D对；爱因斯坦质能方程E=mc2中的能量，指的是包含核能在内的物体的总能量，C错.

【解析】选D.质量和能量是两个不同的物理量，两者并不能相互转5.中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE=Δmc2=2.2MeV是氘核的结合能.下列说法正确的是()A.用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B.用能量等于2.2MeV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2.2MeV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2.2MeV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零5.中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE=【解析】选A、D.静止的氘核只有吸收的光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合能，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确.

【解析】选A、D.静止的氘核只有吸收的光子能量大于其结合能时高中物理19一、选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分)1.关于核力的说法正确的是()A.核力同万有引力没有区别,都是物体间的作用力B.核力就是电磁力C.核力是短程力,作用范围在1.5×10-15m之内D.核力与核子是否带有电荷有关一、选择题(本题共6小题，每小题5分，共30分)【解析】选C.核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错;核力是短程力,超过1.5×10-15m,核力急剧下降,几乎消失,故C对;核力与电荷无关,D错.【解析】选C.核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错;核力是2.一个铍原子核()从最靠近核的K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核()并放出一个不带电的质量接近于零的中微子νe(质量不计)，人们把这种衰变叫铍核的Ec衰变.核反应方程为：已知一个铍原子核质量为m1，一个锂原子核的质量为m2，一个电子质量为me，光速为c，则一个铍原子核发生上述核反应释放的能量是()A.(m1-m2)c2B.(m1+me+m2)c2C.(m1+me-m2)c2D.(m2-m1-me)c22.一个铍原子核()从最靠近核的K层电子轨道上俘获一【解析】选C.铍原子核发生上述核反应的质量亏损Δm=m1+me-m2，由爱因斯坦质能方程可知，此反应释放的能量为Δmc2，即(m1+me-m2)c2，故C对.【解析】选C.铍原子核发生上述核反应的质量亏损Δm=m1+m3.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磁力【解析】选C.核子结合成原子核，核力做正功，要失去能量，原子核分解成核子要克服核力做功，需要能量，因核力很大，故伴随着巨大的能量变化，库仑力、万有引力、磁力都没有这么强，不可能产生这么大的能量变化，故A、B、D错，C对.3.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4.(2010·四川高考)下列说法正确的是()A．α粒子大角度散射表明α粒子很难进入原子内部B．氢原子跃迁发出的光从空气射入水时可能发生全反射C．因为核反应过程中有质量亏损，所以其质量数不守恒D．γ射线是一种波长很短的电磁波4.(2010·四川高考)下列说法正确的是()【解析】选D.在α粒子的散射现象中，大多数α粒子不发生偏转，说明α粒子进入了原子内部，A错误;任何光只有从光密介质进入光疏介质时才能发生全反射，B错误;裂变有质量亏损是因为核子的平均密度变化引起的，但是核子的总数并未改变，C错误;γ射线是频率很高、波长很短的电磁波，D正确.【解析】选D.在α粒子的散射现象中，大多数α粒子不发生偏转，5．由图可得出的结论是()A.质子和中子的质量之和小于氘核的质量B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量C.氘核分解为质子和中子时要吸收能量D.质子和中子结合成氘核时要吸收能量5．由图可得出的结论是()【解析】选C.氘核吸收了γ光子后，能量增加分裂成了一个中子和一个质子，故C对，D错；根据能量守恒和爱因斯坦质能方程可知，能量增加对应的质量也增加，故质子和中子的质量之和大于氘核的质量，A、B错.【解析】选C.氘核吸收了γ光子后，能量增加分裂成了一个中子和6.用质子轰击锂核()生成两个α粒子，以此进行验证爱因斯坦质能方程的实验.已知质子的初动能是0.6MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073u、4.0015u和7.0160u.已知1u相当于931.5MeV，则下列叙述中正确的是()A.此反应过程质量减少0.0103uB.生成的两个α粒子的动能之和是18.3MeV，与实验相符C.核反应中释放的能量是18.9MeV，与实验相符D.若生成的两个α粒子的动能之和是19.5MeV，与实验相符6.用质子轰击锂核()生成两个α粒子，以此进行验证爱【解析】选C、D.核反应前的质量为1.0073u+7.0160u=8.0233u核反应后的质量为:2×4.0015u=8.0030u此反应过程中质量减少了0.0203u，故A错;根据质能方程ΔE=Δm×931.5MeV=18.9MeV，故核反应释放的核能为18.9MeV，C正确；由反应过程中能量守恒知反应后两个α粒子的总动能E总=18.9MeV+0.6MeV=19.5MeV，故B错，D对.【解析】选C、D.核反应前的质量为二、非选择题(本题共2小题，共20分，要有必要的文字叙述)7．(10分)(2011·黄山高二检测)在正负电子“湮灭”的实验中，产生的两个光子的总能量为多少？(已知me=0.000549u)二、非选择题(本题共2小题，共20分，要有必要的文字【解析】反应前，正负电子的总质量为5.49×10-4×2u=10.98×10-4u反应后生成物是两个光子，它们的质量为零则质量亏损为Δm=10.98×10-4u相应放出的光子的能量ΔE=10.98×10-4×931.5=1.02(MeV)核反应方程答案:1.02MeV【解析】反应前，正负电子的总质量为8.(10分)钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核并放出能量为0.097MeV的γ光子.已知：和α粒子的质量分别为mPu=239.0521u、mU=235.0439u和mα=4.0026u1u=931.5MeV/c2(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能.8.(10分)钚的放射性同位素静止时衰变为铀核激发态【解析】(1)衰变方程为:①②或合起来有:③(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm=mPu-mU-