1、3.核力与结合能知识结构导图核心素养目标物理观念：结合能、比结合能、质量亏损科学思维：利用质能方程解决原子核衰变问题科学探究：结合能、比结合能与原子核的稳定性的关系科学态度与责任：关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响.知识点一、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_，即存在一种核力，它使得核子紧密地_在一起，形成_的原子核2核力特点：(1)核力是核子间的_的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力_(2)核力是_，作用范围在_之内3四种基本相互作用知识点二、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_，这就是原子核的结合能2比结合能(
2、平均结合能)：原子核的结合能与_之比称为比结合能比结合能_，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，_的核的比结合能最大、最稳定知识点三、质量亏损1爱因斯坦质能方程_2质量亏损：原子核的质量_组成它的核子的质量之和的现象3核子在结合成原子核时出现的质量亏损m，与它们在相互结合过程中放出的能量E的关系是_.图解对引力相互作用的理解引力相互作用是四个基本作用中最弱的，但同时又是作用范围最大的距离增大时，引力会减小，公式FG.注意结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量结合能一词通常只用在原子核中要点一核力的理解【例1】(多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的
3、是()A原子核与电子之间的作用力主要是电磁力B中子和质子间的作用力主要是核力C质子与质子间的核力，在2.01015 m的距离内远大于它们相互间的库仑力D原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力变式训练1氦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、万有引力变式训练2(多选)下列对核力的认识正确的是()A核力是强相互作用的一种表现B核力存在于质子和中子之间、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力C核力是核子间相互作用的力，是短程力D核力
4、只存在于相邻的核子之间核力的特点(1)强力：核力是强相互作用(强力)的一种表现在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多(2)短程力：核力是短程力，作用范围只有约1015 m核力在矩离大于0.81015 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.51015 m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.81015 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起(3)饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性(4)电荷无关性：核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用要点二结合能与原子核的稳定性结合能、比结合能的对比理解：(1)核子结合成原
5、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)比结合能为结合能与核子数的比值，比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比结合能大【例2】对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是()A将原子核拆解成自由核子时释放能量B自由核子结合为原子核时吸收能量C结合能越大的原子核越稳定D比结合能越大的原子核越稳定【例3】如图为原子核的比结合能曲线根据该曲线，下列说法正确的是()A.Li核比He核更稳定B.He核的结合能约为7 MeVC两个H核结合成He核时释放能量D质量数越大的原子核越稳定变式训练3(多选)不同的原子核，其
6、核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图所示的关系下列说法正确的是()A原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要大B原子核D和E聚变成原子核F时有质量亏损，要放出能量C原子核A裂变成原子核B和C时有质量亏损，要放出能量D原子核A裂变成原子核B和C时亏损的质量转化成能量对比结合能的理解(1)比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线如图所示从图中可以看出：中等质量的原子核的比结合能较大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小(2)比结合能与原子核的稳定性比结合能的大小反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定核子数较少的轻核与核子
7、数较多的重核，比结合能都比较小，中等核子数的原子核，比结合能较大，表示中等核子数的原子核较稳定当比结合能较小的原子核反应生成比结合能较大的原子核时，释放核能要点三质量亏损与质能方程题型1对质能方程的理解与应用【例4】(多选)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是发生核反应时释放的核能【注意】结合能大的原子核，比结合能不一定大结合能小的原
8、子核，比结合能不一定小警示质量不是能量，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题型2核能的计算【例5】用质子轰击锂核Li，生成2个粒子，已知质子的初动能是E10.6 MeV，质子、粒子和锂核的质量分别为mH1.007 3 u，m4.001 5 u，mLi7.016 0u，试回答：(1)写出核反应方程(2)核反应前后发生的质量亏损？(3)核反应中释放的能量为多少？(4)若核反应释放的能量全部用来增加两个粒子的总动能，则求核反应后两个粒子具有的总动能变式训练4(多选)核电池是通过半导体换能器，将放射性同位素衰变过程中释放出的能量转
9、变为电能某种核电池使用放射性同位素Pu，静止的Pu衰变为铀核Pu和粒子，并放出频率为的光子，已知Pu、Pu和粒子的质量分别为mPu、mU、m.下列说法正确的是()A.Pu的衰变方程为PuUHeB此核反应过程中质量亏损为mmPumUmC释放出的光子的能量为(mPumUm)c2D反应后U和粒子结合能之和比Pu的结合能大变式训练5氘核与氚核的聚变反应：HHHeX17.6106 eV，已知普朗克常量h6.61034 Js，求：(1)核反应式中的X是什么粒子？(2)这一过程的质量亏损是多少？(3)1 g氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？阿伏加德罗常数NA6.01023 mol1.核能的计算方法(1)
10、根据爱因斯坦质能方程Emc2或Emc2计算核能注意：若以kg为质量亏损m的单位，则计算时应用公式Emc2.若以原子“u”为质量亏损单位，则Em931.5 MeV.两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV11061.61019J1.61013J.(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，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能题型3核反应中的动量与能量综合问题【例6】静止的氡核Rn放出粒子后变成钋核Po，粒子动能为Ek.若衰变放出的能量全部变为反冲核和粒子的动能，真空中的光速为c
11、，则该反应中的质量亏损为()A. B0C. D.变式训练6一个静止的铀核U(原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核Th(原子质量为228.028 7 u)(已知原子质量单位1 u1.671027 kg1 u相当于931.5 MeV的能量，结果均保留两位有效数字)(1)写出铀核的衰变方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则粒子的动能为多少？核反应与动量、能量综合问题的解题思路核反应类似于宏观上物体的碰撞，在微观世界里，粒子的碰撞类似于宏观物体的弹性碰撞所以核反应会与力和运动、动能和能量结合到一起构成综
12、合题处理这类问题时，要根据质能方程，结合动量守恒定律和能量守恒定律列方程计算1(多选)对原子核的组成，下列说法正确的是()A核力可使一些中子组成原子核B核力可使非常多的质子组成原子核C自然界中存在只有质子的原子核D质量较大的原子核内一定有中子2由图可得出结论()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3(多选)放射性元素氡(Rn)的半衰期为T，氡核放出一个X粒子后变成钋核(Po)设氡核、钋核和X粒子的质量分别为m1、m2和m3，下列说法正确的是()A该过程的核反应方程是RnPoHeB发生一次核反
13、应释放的核能为(m1m2m3)c2C1 g氡经2T时间后，剩余氡的质量为0.5 gD钋核的比结合能比氡核的比结合能小4一个粒子轰击硼(B)核变成碳14和一个未知粒子，并放出7.5105 eV的能量，写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损5情境：假设钚的同位素离子Pu静止在某一匀强磁场中，该离子沿着与磁场垂直的方向放出一个粒子后，变成了铀的一个同位素离子，同时放出能量为E0.09 MeV的光子若已知钚核的质量为m1238.999 655 u，铀核的质量为m2234.993 470 u，粒子的质量为m34.001 509 u(普朗克常量是h6.631034 Js，光在真空中的速度为c3108 m
14、/s1 u的质量对应于931.5 MeV的能量)问题：(1)写出这一过程的核反应方程式？(2)放出的光子的波长是多少？(3)求粒子和新核获得的总动能是多少？3核力与结合能基础导学研读教材一、1.相互作用结合稳定2(1)强相互作用大得多(2)短程力1015m二、1.能量2核子数越大中等大小三、1.Emc22小于3Emc2课堂互动合作探究要点一【例1】【解析】A对：原子核与电子之间的作用力主要是电磁力B对：中子和质子间的作用力主要是核力C错：核力与万有引力、电磁力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1015 m之内D错：原子核与电子之间的万有引力小于它们之间的电磁力【答案】AB变式训练1解析：核力
15、是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于质子间的库仑力；质子质量非常小，它们之间的万有引力小于库仑力答案：D变式训练2ACD要点二【例2】【解析】A、B错：自由核子结合成原子核的过程中，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C错，D对：核子较多的原子核的结合能较大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性【答案】D【例3】【解析】He核的比结合能大于Li核的比结合能，因此He核更稳定，故A错误；He核的比结合能约为7 MeV，其结合能为47 MeV28 MeV，故B错误；He核的比结合能约为7 MeV
16、，H核的比结合能约为1 MeV，说明He比H要稳定，则两个H核结合成He核时释放能量，故C正确；中等质量数的原子核比较稳定，故D错误【答案】C变式训练3解析：A错：原子核的核子平均质量越小则越不容易分裂，则比结合能越大，因此原子核A的比结合能比原子核B和C的比结合能要小B对：由图像可知，D和E的核子平均质量大于F的核子平均质量，原子核D和E聚变成原子核F时，核子总质量减小，有质量亏损，要释放出核能C对，D错：由图像可知，A的核子平均质量大于B与C的核子平均质量，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，但不是质量转化为能量答案：BC要点三【例4】【解析】Emc2中的E表示物体具有的
17、总能量，m表示物体的质量，A正确；Emc2表示的意义是当物体的质量增加或减少m时，它的能量也会相应地增加或减少E，B正确；只有出现质量亏损时，才能释放核能，C正确；公式Emc2中，E表示质量为m的物体所对应的总能量，而非发生核反应时释放的能量，D错误【答案】ABC【例5】【解析】(1)根据质量数守恒、电荷数守恒得HLi2He.(2)质量亏损：mmLimH2m7.016 0 u1.007 3 u24.001 5 u0.020 3 u.(3)由爱因斯坦质能方程得Emc20.020 3931.5 MeV18.909 45 MeV(4)根据题意得EkE1E0.6 MeV18.909 45 MeV19.
18、509 45 MeV.【答案】(1)HLi2He(2)0.020 3 u(3)18.909 45 MeV(4)19.509 45 MeV变式训练4解析：根据质量数守恒与电荷数守恒可知，Pu的衰变方程为PuUHe，故A正确；此核反应过程中的质量亏损等于反应前后质量之差，为mmPumUm，故B正确；释放的光子的能量为h，核反应的过程中释放的能量为E(mPumUm)c2，由于核反应的过程中释放的核能转化为新核与粒子的动能以及光子的能量，所以光子的能量小于(mPumUm)c2，故C错误；Pu衰变成U和粒子后，释放核能，将原子核分解为单个的核子需要的能量更大，原子变得更稳定，所以反应后U和粒子结合能之和
19、比Pu的结合能大，故D正确故选A、B、D.答案：ABD变式训练5解析：(1)由质量数和电荷数守恒可知，氘核与氚核的聚变反应：HHHeX17.6106 eV，X的质量数是1，电荷数是0，故X是中子(2)根据爱因斯坦的质能方程Emc2，得m3.11029kg(3)1 g氘核完全与氚核发生聚变反应释放的核能为：ENA17.6106eV5.281030eV8.4481011J答案：(1)中子(2)3.11029kg(3)8.4481011J【例6】【解析】核反应中动量守恒，钋核与粒子动量大小相等由p可求出钋核动能：EkPo故释放能量：EEkPoEkEk根据Emc2，可得：m，故选C正确【答案】C变式训
20、练6解析：(1)UThHe(2)质量亏损mmUmmTh0.005 9 uEmc20.005 9931.5 MeV5.5 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和粒子的动量大小相等，即pTh(p)0，pThp，EkTh，Ek，EkThEkE所以粒子获得的动能EkE5.5 MeV5.4 MeV.答案：(1)见解析(2)5.5 MeV(3)5.4 MeV随堂演练达标检测1解析：由于原子核带正电，不存在只有中子的原予核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如H，C正确；较大质量的原子核内只有存在一些
21、中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确答案：CD2解析：根据题图可知，氘核吸收2.23 MeV的能量分解为质子和中子，C正确；由质能方程知，质量与能量有简单的正比关系，氘核吸收能量，能量增大，质量变大，A、B错误；质子和中子结合成氘核质量亏损，故放出能量，D错误答案：C3解析： 根据质量数守恒可知，X的质量数是2222184，电荷数是：86842，所以该过程的核反应方程是：RnPoHe，故A正确；该核反应的过程中释放能量，有质量亏损，所以发生一次核反应释放的核能：为E(m1m2m3)c2，故B正确；1 g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为：mm020.25 g，故C错误；该核反应的过
22、程中释放能量，有质量亏损，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故D错误答案：AB4解析：根据质量数守恒和核电荷数守恒可得HeBCH由Emc2可知，1 u原子质量单位相当于931.5 MeV的能量，所以可得m0.000 805 u1.31030 kg.答案：HeBCH1.31030 kg5解析：铀核相对粒子做反向运动(反冲)，在磁场中形成相切的圆轨迹，衰变中系统的动量及总能量均是守恒的，释放出的结合能，一部分转变成两个生成核的动能，另一部分以光子的形式辐射出去(1)PuUHe(2)因Ehh，所以m1.381011m(3)由质能方程可得衰变中释放的能量：Emc2(m1m2m3)931.5 MeV根据能量守恒定律得，铀核和粒子的总动能为：EkEkUEkEE(m1m2m3)931.5 MeV0.09 MeV4.266 MeV.答案：(1)PuUHe(2)1.381011m(3)4.266 MeV
