5.3核力与结合能（解析版）

5.3核力与结合能学问点一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核．这种作用称为强相互作用．2．强相互作用的特点(1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15m.(2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15m，相互作用不存在．3．弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核β衰变的缘由，即引起中子—质子转变的缘由．(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m.4．四种基本相互作用学问点二、结合能1．结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定．结合能和比结合能结合能把原子核分成核子时吸取的能量或核子结合成原子核时放出的能量比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小学问点三、质量亏损1．质能方程物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2.2．质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．质量亏损1．质量亏损Δm的理解所谓质量亏损，并不是质量消逝，而是削减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．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供应．2．质能方程E＝mc2的理解(1)依据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加，则总能量随之增加；质量削减，总能量也随之削减，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.(2)运用质能方程时应留意单位．一般状况下，公式中各量都应取国际单位制单位．但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1u对应931.5MeV能量．核能的计算方法1．依据质量亏损计算(1)依据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.(2)依据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳．②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV.(1u相当于931.5MeV)2．利用比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统内全部原子核的总结合能与反应后生成的全部新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸取)的核能．下列对核力的生疏，正确的是（）A．核力是强相互作用的一种表现，比静电力大得多 B．核力存在于质子和电子之间 C．核力是核子间相互吸引的力，是短程力 D．核力只存在于相邻的核子之间，具有饱和性【解答】解：A.在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，但当原子核大到肯定程度时，核力将比静电力小得多，故A错误；BD.核力只是存在于质子与质子、中子与中子、质子与中子之间，具有饱和性，故B错误，D正确；C、由核力的特点知道，只有相距约10﹣15m内的核子之间才存在核力，核力在大于0.8×10﹣15m时表现为引力，而小于0.8×10﹣15m时核力表现为斥力，故C错误。故选：D。（2021春•虎丘区校级期中）原子核的比结合能随质量数变化的图像如图，下列说法正确的是（）A．质量数越大的原子核，核子结合得越坚固 B．12H核比2C．3689Kr核的结合能大于92D．两个12H核结合成【解答】解：A、中等质量数的原子核比结合能较大，核子结合得坚固，故A错误；B、12H核的比结合能比比24He核的比结合能小，所以C、3689Kr核的比结合能大于92235U核的比结合能，但是3689KrD、两个12H核结合成24故选：D。一个静止的钚核94239Pu自发衰变成一个铀核92235U和另一个原子核A．X是氦（He）原子，又叫α粒子 B．该反应质量增加 C．铀核与X的动量大小之比为1：2 D．X与铀核的动能之比为235：4【解答】解：A、由原子核衰变时电荷数和质量数守恒可知，X的质量数为4，电荷数为2，即为氦（He）原子核，又叫α粒子，不是氦（He）原子，故A错误；B、衰变过程有质量亏损，故B错误；C、钚核衰变过程动量守恒，铀核与X的动量大小相等、方向相反，故C错误；D、依据动能与动量的关系Ek=p22m，可以得到两粒子的动能之比为其质量的反比，即X与铀核的动能之比为235：4故选：D。（2023•广东学业考试）由中科院等离子体物理争辩所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克试验装置试用已经成功，标志着我国站在了世界核聚变争辩的前端。设可控热核反应前氘核（12H）的质量为m1，氚核（13H）的质量为m2，反应后氦核（24He）的质量为m3，中子（0A．核反应放出的能量为（m1+m2﹣m3﹣m4）c2 B．上述核反应过程中原子核的比结合能减小 C．这种热核反应释放出氦核，是α衰变 D．这种装置的核反应原理与我国大亚湾核电站所使用核装置的原理相同【解答】解：A．可控热核反应装置中发生的核反应方程式是12H+13H→24He+01n核反应过程中的质量亏损Δm＝m1+m2﹣m3﹣m4释放的核能为ΔE＝Δmc2＝（m1+m2﹣m3﹣m4）c2，故A正确；B．因轻核聚变反应释放巨大核能，说明拆开的结合能小于组合的结合能，则生成物的比结合能更大，故B错误；C．这种热核试验反应是核聚变反应，而不是自发发生的α衰变，故C错误；D．这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D错误。故选：A。（多选）下列关于核力与结合能的说法正确的是（）A．强相互作用和弱相互作用都是短程力 B．弱相互作用是引起原子核β衰变的缘由 C．原子核的结合能与质子数之比，叫作比结合能 D．结合能越大，原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定【解答】解：A、强相互作用存在于原子核内，作用范围在1.5×10﹣15m之内，弱相互作用力是微观粒子之间的一种作用力，作用距离约10﹣18m，都是短程力，故A正确；B、依据目前的争辩可知，弱相互作用是引起原子核β衰变的缘由，故B正确；CD、比结合能：原子核结合能对其中全部核子的平均值，比结合能越大，原子核中核子结合的越坚固，原子核越稳定，故CD错误。故选：AB。（多选）（2023•镇海区校级模拟）中国自主三代核电“华龙一号”示范工程第2台机组福清核电6号机组于2022年3月25日投入商业运行，至此“华龙一号“示范工程全面建成投运。“华龙一号”利用铀核裂变释放能量，原子核的平均结合能与质量数之间的关系图线如图所示，两台机组每年总发电量约200亿千瓦•时。下列说法正确的是（）A．铀核裂变的一个重要核反应方程是92235U→56144Ba+B．“华龙一号”两台机组发电一年需消耗核约为0.8kg C．24He核的平均核子质量小于3D．三个中子和三个质子结合成36Li【解答】解：A、铀核裂变的核反应方程为92235U+0B、依据质能方程ΔE＝Δmc2可知“华龙一号”一年产生200亿千瓦时电能对应的质量亏损Δm=ΔEc2=2×1C、由题图可知，24He核的平均结合能大于36Li核的平均结合能，平均结合能越大，平均核子质量越小，所以24HeD、由于核子结合成原子核时，存在质量亏损，释放核能，所以三个中子和三个质子结合成36Li核时释放能量，由题图可知Li核的平均结合能约5Mev，所以其释放的核能约E＝6×5MeV＝30MeV，故故选：CD。（2023春•秦淮区校级期中）在火星上太阳能电池板发电力量有限，因此科学家们用放射性材料—PuO2作为发电能源为火星车供电（PuO2中的Pu是94238Pu）。已知94238Pu衰变后变为铀核（符号为U）和α粒子。若静止的94238Pu在匀强磁场中发生衰变，α粒子的动能为E，α粒子的速度方向与匀强磁场的方向垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期为T（1）写出衰变方程；（2）94238Pu衰变过程中的质量亏损Δ（3）从开头衰变到9224U和α粒子再次相遇的最短时间【解答】解：（1）α粒子的质量数为4，电荷数为2，即可表示为：设该衰变方程为：依据质量数守恒有：238＝y+4则：y＝234依据电荷数守恒有：94＝x+2则：x＝92故衰变方程为：（2）α粒子的质量数为4，电荷数为2依据动量守恒定律可知α粒子和铀核的动量大小相等，设动量为pα粒子的动能：E铀核的动能：E则：E所以释放能量为：ΔE=且ΔE＝Δmc2解得：Δm=（3）依据带电粒子在磁场中运动的周期公式：T=则：T所以相遇最短时间：t＝117Tα＝117T0氮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挨次是（）A．核力、库仑力、万有引力 B．万有引力、库仑力、核力 C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、万有引力、库仑力【解答】解：核力是强力，它能将核子束缚在原子核内。万有引力最弱，争辩核子间相互作用时万有引力可以忽视，故A正确，BCD错误。故选：A。下面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取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，因此它的结合能也肯定越大 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【解答】解：A、将原子核拆散成核子与核子结合成原子核两个过程质量的变化相等，将原子核拆散成核子所吸取的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能。故A错误。B、比结合能越大，原子核越稳定。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，则原子核越大，它的结合能越高。故B错误。C、重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能大，而平均结合能比较小。故C错误。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。故D正确。故选：D。一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为（）A．Q2 B．Q C．Q3 D【解答】解：核反应过程中，由质量数与核电荷数守恒可知，核反应方程式为：10n+11H→21H+Q，该反应放出的能量为Q，则氘核的结合能为Q，氘核的比结合能为Q故选：A。对公式ΔE＝Δmc2，下列说法中正确的是（）A．能量可以转化为质量 B．质量可以转化为能量 C．能量的转化与质量的转化是成比例的 D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必需吸取能量才能发生【解答】解：AB、ΔE＝Δmc2只说明质量亏损和释放出核能这两种现象的联系，并不是说明物体的质量和能量之间存在着相互转化关系，故A、B错误，C、ΔE＝mc2，表面物体具有的能量与其质量成正比，故C正确；D、若核反应消灭质量亏损状况，则该核反应为放能反应，故D错误。故选：C。下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是（）A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力 B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小 C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能 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【解答】解：A、维系原子核稳定的力是核力，核力可以表现为相邻核子间的相互吸引力，又可以表现为排斥力，故A错误；B、核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力远比库仑力大，故B错误；C、比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能，故C正确；D、依据质能方程可知，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，故D错误。故选：C。88226RaA．该衰变是β衰变 B．Y粒子是2C．Y粒子的穿透力量很强 D．20个88226Ra【解答】解：ABC、依据质量数守恒和电荷数守恒知该衰变过程中Y是24He，该衰变为α衰变，α粒子电离本事最强，穿透力量最弱，故AC错误，D、半衰期在大量放射性元素衰变的统计规律，半衰期只适用于大量原子核而言才有意义，故D错误；故选：B。（2022•源汇区模拟）原子核的比结合能与原子序数的关系图所示，大多数恒星内部温度格外高，可进行轻核聚变，核反应方程为A+B→C．但对于金、铂等重金属产生，目前科学界有一种理论认为，两颗中子星合成过程中会释放巨大的能量，在能量的作用下能够合成金、铂等重金属，其核反应为D+E→F，下列说法正确的是（）A．重核F裂变成D和E的过程中，会产生质量亏损 B．较轻的核A和B聚合成C的过程中核子平均质量变大 C．较重的核D和E聚合成F的过程中，会释放较大能量 D．A和B聚合成C的过程中，C的结合能小于A和B的结合能之和【解答】解：A、如图，D和E的比结合能大于F比结合能，说明D和E比F要稳定，所以重核F裂变成D和E的过程中，会产生质量亏损，放出能量，故A正确。B、如图，A和B的比结合能小于C比结合能，说明C比A和B都要稳定，所以较轻的核A和B聚合成C的过程中，会产生质量亏损，核子平均质量变小，故B错误。C、在核反应D+E→F中，D和E的比结合能大于F比结合能，即反应后核子的质量会增加，这种核反应需要吸取能量，故C错误。D、结合能为比结合能与核子数的乘积；A和B聚合成C的过程中，AB的核子总数等于C的核子数，而A和B的比结合能小于C比结合能，所以C的结合能大于A和B的结合能之和，故D错误。故选：A。（2023春•宝鸡期末）用中子轰击静止的锂核，核反应方程为01n+36Li→24He+X+γ，已知光子的频率为ν，锂核的比结合能为E1，氦核的比结合能为E2，X核的比结合能为EA．X核为12HB．γ光子的动量p=hcC．释放的核能ΔE＝（4E2+3E3）﹣6E1+hν D．质量亏损Δm=【解答】解：A．核反应方程中依据质量数和电荷数守恒，X核为13HB．光子的频率为ν，可知γ光子的动量p=h故B错误；C．由比结合能的概念，结合能量转化与守恒，该核反应释放的核能为ΔE＝（4E2+3E3）﹣6E1故C错误；D．依据质能方程，质量亏损为Δm=(4故D正确；故选：D。如图所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是（）A．原子核A比原子核F的比结合能大 B．原子核D比原子核F更稳定 C．由原子核A分裂出原子核B、C的过程肯定释放能量 D．由原子核D、E结合出原子核F的过程肯定吸取能量【解答】解；A、原子核A比原子核F的核子平均质量大，原子核F比原子核A更稳定，故原子核F的比结合能比原子核A的比结合能大，故A错误；D、原子核D比原子核F的核子平均质量大，原子核F比原子核D更稳定，故B错误。C、若原子核A分裂成原子核B、C核子的平均质量减小，有质量亏损，依据爱因斯坦质能方程，有能量释放，故C正确；B、将原子核D、E结合成原子核F，核子的平均质量减小，有质量的亏损，肯定释放能量，故D错误故选：C。一个静止的原子核baX经α衰变放出一个α粒子并生成一个新核，α粒子的动能为E设衰变时产生的能量全部变成A．E0c2 BC．(a-4)E0c2【解答】解：依据质量数与质子数守恒，可知，Y核质量数为a﹣4，核电荷数为b﹣2，由动量守恒定律可知，mYvY+mava＝0；两粒子动量P大小相等，则α粒子动能E0=PY核的动能EY=那么EY衰变过程中放出总能量为ΔE＝EY+E0=aa-4E又由质能方程ΔE＝Δmc2可得亏损的质量为：Δm=ΔEC2=a故选：D。（多选）下列说法正确的是（）A．光在真空中运动的速度在任何惯性系中测得的数值都是相同的 B．爱因斯坦质能方程E＝mc2中的m是物体静止时的质量 C．爱因斯坦指出：对不同的惯性系，物理规律是不一样的 D．空中绕地球运行的卫星的质量比静止在地面上时大得多【解答】解：A、光速不变原理认为：在不同的惯性参考系中，真空中的光速是相同的。故A正确。B、爱因斯坦质能方程E＝mc2中的m是物体静止时的质量；故B正确；C、爱因斯坦狭义相对论提出：对不同的惯性系，物理规律是相同的；爱因斯坦广义相对论提出：对不同的参考系，物理规律是相