1、第四节 核力与结合能 学习目标 重点难点 1知道核力的概念与特点 2会解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因 3理解结合能与平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损 4知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能进行基本的核能计算 重点：核力的特点 难点：质量亏损的计算，结合能的理解和计算 一、核力及其性质 1核力：是使_能够克服库仑力而紧密结合在一起的一种强相互作用力 2核力的性质（1）强相互作用力：在它的作用范围内，核力比库仑力大得多（2）短程力：在约 0.5101521015 m 的距离内表现为_大于 21015 m 核力迅速_在小于 0.51015 m 的距离内核力又转变为
2、强大的_，使核子不融合在一起 预习交流 1 原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力，不相邻的核子间不存在核力，这是为什么？二、重核与轻核 1重核（1）定义：排在周期表比较_的元素对应的原子核（2）核子比例特点：多数重核的中子数_质子数 2轻核（1）定义：排在周期表比较_的元素对应的原子核（2）核子比例特点：质子数_中子数 三、结合能及质量亏损 1两类核反应方程举例（1）光子照射氘核，21H11H_（2）一个中子和一个质子结合：10n11H_ 2结合能：克服核力束缚，使原子核分解为核子时需要的能量；或核子在核力作用下结合成原子核时_的能量 3平均结合能：原子核的结合能与_之比平均结合能越大
3、，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越_的核的平均结合能最大、最稳定 4质量亏损（1）爱因斯坦质能方程_（2）质量亏损：原子核的质量_组成它的所有核子的质量之和，它们的差值称为质量亏损 预习交流 2 怎样理解爱因斯坦狭义相对论中的质能方程给出的核能的计算方法？在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点 我的学疑点 答案：一、1核子 2（2）引力 减小为零 斥力 预习交流 1：提示：因为核力是短程力，作用范围在 21015 m 左右，原子核内相邻核子间距在这个范围内，而不相邻核子间距已超过 0.5101521015 m，故不存在核力作用 二、1（1）靠后（
4、2）多于 2（1）靠前（2）等于 三、1（1）10n（2）21H 2释放 3核子数 稳定 中等大小 4（1）Emc2（2）小于 预习交流 2：提示：在核反应过程中，质量数虽然守恒，但反应前跟反应后的质量却是不相等的，反应后质量增加的，需要吸收能量；反应后质量减少的，放出能量不管是吸能反应还是放能反应，都对应有质量的变化，吸收或放出的能量跟质量变化符合质能方程因此我们理解为爱因斯坦的质能方程给出了核能的计算方法 一、对结合能的理解 1氘核分裂成质子和中子需要吸收能量还是放出能量？2结合能和平均结合能之间存在什么关系？3平均结合能与原子核的质量间存在怎样的关系？（双选）关于原子核的结合能与平均结合
5、能，下列说法中正确的是（）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 不能理解成质量转变成能量按相对论，物体的质量与速度有关系，当物体的速度越大时，物体的质量就越大物体运动时的运动质量与物体静止时静止质量存在一定的关系对低速宏观物体，这一变化不明显但对微观粒子，如质子、中子、原子核等，通常所说的均是静止质量，质量亏损就是指静止质量发生了变化，核反应中，能量以光子的形式辐射出去，光子的静止质量为零
6、，但动态质量不为零由此可见当计算光子能量时，反应前后发生了质量亏损，这部分亏损却与光子的动态质量是相同的总质量仍是守恒的物质并没消失，当然也就不存在质量转化为能量这一错误观点了 二、质能方程及核能的计算 1什么是质量亏损现象？2质量和能量满足什么关系？怎样计算核能？镭核 22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核 22286Rn 已知镭核质量为 226.025 4 u，氡核质量为 222.016 3 u，放出粒子质量为 4.002 6 u（1）写出核反应方程；（2）求镭核衰变放出的能量 质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守
7、恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化（1）切记不要误认为消失的质量转化为能量核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射 光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒（2）核反应中释放的核能是由于核力做功产生的 1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 2下列说法中，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 Emc2可知，能量与
8、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的能量的量度 C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成的 D因在核反应中能产生能量，有质量的转化，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 3下面是一核反应方程 21H31H42HeX 用 c 表示光速，则（）AX 是质子，该反应放出的能量等于质子质量乘 c2 BX 是中子，该反应放出的能量等于中子质量乘 c2 CX 是质子，该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 c2 DX 是中子，该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 c2 4关于原子核内的核力和库仑力，下列说法中
9、正确的是（）A组成238 92U 核的核子中任何两个核子之间都存在着不可忽略的核力的作用 B组成238 92U 核的中子中任何两个中子之间都存在着不可忽略的核力的作用 C组成238 92U 核的质子中任何两个质子之间都存在着不可忽略的库仑力的作用 D组成238 92U 核的质子中任何两个质子之间，除库仑力之外还都存在着不可忽略的核力作用 5 粒子的质量 m6.646 71027 kg，质子的质量 mp1.672 61027 kg，中子的质量 mn1.674 91027 kg求 粒子（氦核）的平均结合能 提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记 知
10、识精华 技能要领 答案：活动与探究 1：1答案：核反应伴随能量的变化：因为核子间存在着巨大的核力作用，所以原子核是一个坚固的集体要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于 2.22 MeV 的 光子照射核反应方程为 21H11H10n相反的过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出 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为11H10n21H 2答案：（1）结合能：由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量核反应中放出或吸收的能量称为核结合能（
11、2）平均结合能：原子核的结合能与核子数之比平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定 3答案：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所示 从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小 迁移与应用 1：AB 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，需要克服核力做功当自由核子结合成原子核时，核力将做功，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综上所述，正确选项为
12、A、B 活动与探究 2：1答案：（1）对质量亏损的理解：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（2）对质能方程的理解：爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系Emc2，或物体的质量与其总能量的数量关系 EMc2，此方程揭示了质量和能量不可分割，二者在数值上存在着简单的正比关系 2答案：（1）根据质量亏损计算 根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损 m 根据爱因斯坦质
13、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 明确原子单位 u 和电子伏特之间的关系 1 u1.660 61027 kg,1 eV1.602 1781019 J 由 Emc2 得 E1.660 61027821.61019eV931.5 MeV 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 Em931.5 MeV 其中 m 的单位是 u，E 的单位是 MeV（3）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
14、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（4）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，就是该次核反应所释放（或吸收）的核能 迁移与应用 2：答案：（1）226 88Ra222 86Rn42He（2）6.05 MeV 解析：（1）核反应（衰变）方程为：226 88Ra222 86Rn42He（2）镭核衰变放出的能量为：Emc2（226.025 44.002 6222.016 3）931.5 MeV 6.05 MeV 当堂检测 1C 解析：核子结合成原子核或原子核分解为核子
15、都有核力在做功，只有核子间存在着强大的核力，才伴随着巨大的能量变化，因为功是能量转化的量度，有巨大的能量变化，就得做功多，所以选 C 2B 解析：Emc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量和质量之间存在相互转化的关系，故 A 项错误，而 B 项正确核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故 C 项错误在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故 D 错误 3D 解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得 X 为10n（
16、中子），再根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 正确 4C 解析：原子核内任何两个质子之间都存在库仑力作用但每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，故选项 C 正确 5答案：6.8 MeV 解析：核子的质量之和 2mp2mn2（1.672 61.674 9）1027 kg 6.695 01027 kg 这个数值与 粒子的质量之差 m2mp2mnm（6.695 06.646 7）1027 kg4.831029 kg 粒子的结合能 Emc24.8310293.0210161.601019eV2.72107 eV27.2 MeV 粒子的平均结合能 E E4 27.24 MeV6.8 MeV
