1、第1页195 核力与结合能 第2页学 习 目 标 第3页学习重点考查热度知道核力的概念、自然界存在的四种基本相互作用知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系，并能应用其计算 第4页基 础 梳 理 第5页一、核力与四种基本相互作用1核力：组成原子核的相邻核子之间的相互作用力核力特点：(1)核力是强相互作用(强力)：在作用范围内，比库仑力大得多(2)核力是短程力：作用范围在 1.51015 m 之内(3)核力的饱和性：每个核子只跟相邻的核子发生核力作用第6页2弱相互作用除核力外原子核内还存在弱相互作
2、用(弱力)弱力是引起中子质子转变的原因，力程比强力更短，为 1018 m，作用强度比电磁力小第7页3四种基本相互作用万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用万有引力和电磁力是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力二、原子核中质子和中子的比例自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，原子核越重的两者相差越多第8页三、结合能1结合能：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量原子核的核子越多，结合能越高2比结合能：原子核的结合能与其核子数之比，即平均结合能比结合能越大，原子核越稳定，中等大小的核的比结合能最大，最稳定第9页四、质能方程和质
3、量亏损1爱因斯坦质能方程：Emc22质量亏损：组成原子核所有核子的质量与原子核的质量之差 m.由于质量亏损释放的核能 E mc2.第10页五、考点鸟瞰考点鸟瞰考点热度考点一：对核力的理解考点二：对结合能和比结合能的理解考点三：对质量亏损和质能方程的理解考点四：核能的计算第11页规 律 方 法 第12页考点一 对核力的理解1记住核力的三个特点：强力、短程力和饱和性注意核力存在于所有核子之间，与电荷无关 2随着原子序数的增加，较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多第13页下列关于对核力的认识，正确的是()A核力是强相互作用的一种表现，比库仑
4、力大得多B核力存在于质子和中子、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力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，具有饱和性第14页【解析】在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，A 项错误；相邻核子间都存在核力作用，B 项错误，D 项正确；核子间的距离小于 0.81015 m 时，核力表现为斥力，大于 0.81015 m 时表现为吸引力，C 项错误【答案】D第15页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核力与电荷有关第16页【解析】核力是短程力，超过 1.51015 m
5、，核力急剧下降几乎消失，故 C 项正确；核力与万有引力、电磁力不同，故 A、B 两项错误；核力与电荷无关，故 D 项错误【答案】C第17页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，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的第18页【解析】自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数越重的元素，两者相差越多，原子核也就越不稳定，故选 D 项【答案】D第19页考点二 对结合能和比结合能的理解1比结合能曲线：不同原子核的比结合
6、能随质量数变化的图线如图所示 从图中看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小 第20页2结合能是原子核分解为核子时吸收的最小能量，也是核子结合为原子核释放的核能，原子核的核子越多，结合能越高 3比结合能即平均结合能，比结合能越大，原子核越稳定 4中等大小的原子核的比结合能最大，平均每个核子的质量最小当较重的核分裂成中等大小的核，或者较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能增加，发生质量亏损，都会释放出核能第21页(多选题)(2013课标全国)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
7、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(55135Cs)的结合能小于铅原子核(82208Pb)的结合能第22页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第23页【解析】根据结合能的概念，将原子核分解成自由核子所需要的最小能量等于结合能，A 项正确；比结合能越大，原子核越稳定，重核衰变放出能量，转化为比结合能更大的衰变产物，B 项正确；组成原子核的核子越多，它的结合能越高，故铯原子核的结合能小于铅原子核的结合能，C 项正确；比结合能是指原子核结合能对其中所有核子的平均值，亦即若把原子核全部拆成自由核子，平
8、均对每个核子所要添加的能量，所以比结合能越大，原子核越牢固，D 项错误；自由核子组成原子核时，放出的能量与组成的原子核的结合能相等，E 项错误【答案】ABC第24页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第25页【解析】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A 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
9、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 两项错误；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 项正确【答案】D第26页考点三 对质量亏损和质能方程的理解1质量亏损时，质量数并不变，原因是每个核子的质量减小了 2质量亏损并非质量消失，而是转变为动质量，不能说质量转变成了能量 3质能方程 Emc2的含义：物体具有的能量与质量之间存在正比关系，E 是物体所具有的各种能量的总和 4质能方程Emc2的含义：质量亏损和释放核能之间的关系，不能认为是质量和能量之间的转变关系第27页为纪念爱因斯坦对物理学做出的巨大贡献，联合国
10、将2005 年定为“国际物理年”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，能量与质量之间存在着正比关系C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量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第28页【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，A 项错误，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，C 项错误；在核反应中，质量守恒，能
11、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，D 项错误【答案】B第29页对于爱因斯坦提出的质能方程，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 E mc2可计算核反应的能量C一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损DEmc2中的 E 是发生核反应中释放的核能第30页【解析】质能方程 Emc2中 E 表示物体具有的总能量，m 表示物体的质量，故 A 项正确，D 项错误；根据Emc2，可以计算释放的核能，物体的质量增加或减小m 对应着其能量增加或减少E，故 B、C 两项正确，所以选 D
12、项【答案】D第31页概念理解对质量亏损及质能联系方程的理解爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系对于质量亏损，不能理解为质量转变成了能量质能方程的本质是：(1)质量或能量是物质的属性之一，绝不能把物质和它们的某一属性(质量或能量)等同起来(2)质量亏损不是否定了质量守恒定律根据爱因斯坦的相对论，辐射出的 光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立第32页(3)质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，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恒，质量和能量在数值上
13、的联系绝不表示这两个量可以互相转化第33页考点四 核能的计算1应用Emc2计算 要注意单位：若m 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，E的单位是“J”若m 用原子质量单位“u”，E 的单位是“MeV”则Em931.5 MeV.2根据能量守恒和动量守恒来计算 在核反应过程中的动量和能量是守恒的，在题没有涉及质量亏损，应考虑从动量和能量守恒计算核能第34页3利用平均结合能来计算 原子核的结合能核子的平均结合能核子数核反应前所有原子核的结合能与反应后生成的所有新核的结合能之差，就是释放(吸收)的核能第35页两个动能均为 1 MeV 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：12H12H13H11H.已
14、知氘核的质量为 2.0136 u，氚核的质量为 3.0156 u，氢核的质量为 1.0073 u，1 原子质量单位 u 相当于 931.5 MeV.(1)此核反应中放出的能量 E 为多少兆电子伏特？(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氢核所具有的动能为多少兆电子伏特？第36页【解析】(1)由质能方程得 Emc2(22.01363.01561.0073)931.5 MeV4.005 MeV.(2)相互作用过程中动量守恒，设新生核的动量大小分别为p1、p2，则 p1p2p Ekm112m1v12 p22m1 Ekm212m2v22 p22m2 由能量守恒定律，有 Ekm1Ekm2m2m
15、113.第37页Ekm234(EEk)34(4.0052)MeV4.5 MeV.【答案】(1)4.005 MeV(2)4.5 MeV第38页为了确定爱因斯坦质能方程 E mc2 的正确性，设计了如下实验：用动能为 E10.6 MeV 的质子轰击静止的锂核37Li，生成两个 粒子的动能之和为 E219.9 MeV.(1)写出该核反应方程；(2)通过计算说明 E mc2正确(已知质子 mp1.007 3 u，粒子 m 4.001 5 u，锂核 mLi7.016 0u)第39页【解析】(1)37Li11H24He24He(2)核反应的质量亏损为 mmLimp2m(7.016 01.007 324.0
16、01 5)u0.020 3 u 由质能方程可知，与质量亏损相当的能量为 Emc20.020 3931.5 MeV18.9 MeV 而系统增加的能量为EE2E119.3 MeV 这些能量正是来自核反应中，在误差允许的范围内视为相等，所以Emc2正确【答案】(1)37Li11H24He24He(2)见解析第40页概念理解原子质量单位(1)定义：为准确计量微小分子的重量，国际通用是采用一个原子的质量单位为基准，定义为碳 12 元素原子质量的 1/12 为一个原子质量单位，用 u 表示 第41页(2)证明 1 u 相当于 931 MeV 的能量 碳原子的摩尔质量为 M12 g/mol，阿伏伽德罗常数
17、NA6.021023，所以一个碳原子质量为 mMNA1.9931026 kg.根据定义 1 um12 M12NA1.660 61027 kg.代入公式 Emc2 得：E1.492 41010 J931 MeV.第42页聚 焦 高 考 第43页高考考纲高考热度爱因斯坦的质能方程应用第44页利用爱因斯坦的质能方程计算核反应中释放的核能是高考的重点，其中了解原子质量单位的理解及原子质量单位对应的核能应用是解决这类问题的关键对结合能、比结合能的理解和应用高考也有涉及，学习中也应重视第45页1(2017课标全国)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电氘核聚变反应方程是 12H12H
18、23He01n.已知 12H的质量为 2.013 6 u，23He的质量为 3.015 0 u，01n 的质量为 1.008 7 u，1 u931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为()A3.7 MeV B3.3 MeVC2.7 MeV D0.93 MeV第46页解析 核反应方程式是 12H12H23He01n；核反应过程中的质量亏损：m2.013 6 u2.013 6 u3.015 0 u1.008 7 u，m0.003 5 u，在核反应释放出的能量：Emc20.003 5931 MeV，E3.258 5 MeV3.3 MeV.答案 B第47页2(多选题)(2017江苏)原子核的比结
19、合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断中正确的有()第48页A24He 核的结合能约为 14 MeVB24He 核比 24Li 核更稳定C两个 12H 核结合成 24He 核时释放能量D.92235U 核中核子的平均结合能比 3689Kr 核中的大第49页解析 由图可知，氦核的比结合能大约为 7 MeV，氦核的核子数为 4，则氦核的结合能大约为 28 MeV，故 A 项错误；比结合能越大，原子核越稳定，由图可知，氦核的比结合能大，则 24He核比 36Li 核更稳定，故 B 项正确；两个 12H 核结合成 24He 核时有质量亏损，释放能量，故 C 项正确；由图可知，92235U 核中核子的平
20、均结合能比 3689Kr 核中的小，故 D 项错误，故选 B、C 两项 答案 BC第50页3(2014北京)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)c2D(m1m2m3)c2第51页答案 C第52页4(2015江苏)取质子的质量 mp1.672 61027 kg，中子的质量 mn1.674 91027 kg，粒子的质量 m 6.646 71027kg，光速 c3108 m/s，请计算 粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字)第53页解析 根据爱因斯坦质能方程 Emc2，可求：E(2mp2mnm)c24.31012 J.答案 4.31012 J请做：课时作业（十三）