1、5 核力与结合能目前，在我国居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素比如，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出放射性惰性气体氡，而氡发生放射性衰变时会放出导致细胞癌变及呼吸道方面的疾病的射线因此检测装修材料的放射性是否超标就显得尤为重要，如果有以下仪器可供选择，你会选择哪一种呢？()A威尔逊云室 B气泡室C盖革米勒计数器D以上三种均可答案：C 花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，用计数器效果很好，所以选择C.一、核力与四种相互作用1核力：原子核里的_间存在着相互作用的核力，_把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核【答案】核子 核力2核力特点：(1)核
2、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)每个核子只跟_的核子发生核力作用，这也称为核力的_(4)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【答案】(1)强相互作用 大得多(2)短程力 1.51015m(3)相邻 饱和性3四种相互作用：_、_、_、_.【答案】万有引力 电磁力 强相互作用力 弱相互作用力二、结合能与质量亏损1结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时_的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时_的能量【答案】需要 放出2比结合能：原子核的结合能与_之比，也叫平均结合能，比结合能越
3、大，表示原子核中核子结合得越_，原子核越_，_的核的比结合能最大、最稳定【答案】核子数 牢固 稳定 中等大小3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)亏损的质量与释放的能量间的关系_【答案】(1)Emc2(2)小于(3)Emc21核力的特点(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现在它的作用范围内，核力比库仑力大得多(2)核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内，核力在大于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
4、融合在一起对核力的理解(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性2四种基本相互作用自然界中最基本的四种相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用特别提醒：(1)引力相互作用和电磁相互作用是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力(2)核力就是一种强相互作用，弱相互作用是引起衰变的原因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【答案】C【解析】核力是短程力，超过1.51015 m，核力急剧下降几乎消失，故C对，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对
5、，核力与电荷无关，故D错1核子的比例关系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，越重的原子核，两者相差越多如图所示原子核中质子与中子的比例2形成原因(1)这与核力的不同特点有关：原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小较多的质子集聚在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了这时，如果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(2)与核力饱和性有关：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多，由于核力作用范围有限，及核力的饱和性，如果继续增大原子核，一些核子间距离
6、会大到其间根本没有核力作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的，所以原子核大小受限制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，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的【答案】D【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，越重的原子核，两者相差越多因此正确答案选D.1结合能和比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
7、核结合能比结合能(又叫平均结合能)：原子核的结合能与核子数之比比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定对结合能的理解2比结合能与原子核的稳定性(1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，中等核子数的原子核，比结合能较大，表示中等原子核较稳定(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可释放核能例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能3(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正
8、确的是()A一切原子核均具有结合能B自由核子结合为原子核时，可能吸收能量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【答案】AD【解析】由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量反之，将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；对核子较多的原子核的结合能越大，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，故C错误，D正确1对质量亏损的理解(1)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
9、联系的运动质量(2)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对质量亏损和质能方程的理解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，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量的乘积，这里所说的总能量不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量之和，物体质量增加则总能量增加，质量减小，总能量随之减小，二者在数值上存在着简单的正比关系特别提醒：(1)切记不要误认为亏损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
10、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引起的4(多选)关于爱因斯坦质能方程的下列说法中正确的是()AEmc2中的E是物体以光速c运动的动能BEmc2是物体各种形式能的总和C由Emc2知，在核反应中，亏损的质量m转化成能量E放出D由Emc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走【答案】BD 解析：由爱因斯坦质能方程Emc2表明物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，选项A错误，B正确；Emc2表明，在核反应中，亏损m质量将产生Emc2的能量，选项C错误；D正确质能方程的理解例1 某核反应方程为21H31H42HeX.已知
11、21H的质量为2.013 6 u.31H的质量为3.018 0 u，42He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u则下列说法中正确的是()AX是质子，该反应释放能量BX是中子，该反应释放能量CX是质子，该反应吸收能量DX是中子，该反应吸收能量解析：由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H31H42He10X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m12.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u，反应后产物总质量m24.002 6 u1.008 7 u5.011 3 u总质量减少，出现了质量亏损根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，
12、故B正确答案：B反思领悟：在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化若质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量1(多选)根据爱因斯坦的质能方程Emc2有()A物质的质量与光速的乘积大小为物质所具有的能量B物质的质量与光速平方的乘积大小为物质所具有的能量C根据Emc2求得的能量是核能D根据Emc2求得的E是物质的所有形式的能量总和【答案】BD结合能和比结合能的理解例2 31H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子质量是1.008 665 u求
13、：(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是11H210n31H，反应前各核子总质量为mp2mn1.007 277 u21.008 665 u3.024 607 u反应后新核的质量为mH3.016 050 u，质量亏损为m3.016 050 u3.024 607 u0.008 557 u因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放能反应释放的核能为E0.008 557931.5 MeV7.97 MeV.(2)氚核
14、的结合能即为E7.97 MeV它的比结合能为E3 2.66 MeV.(3)放出光子的频率为Eh 7.971061.610196.631034Hz1.921021Hz.答案：(1)放出能量 7.97 MeV(2)7.97 MeV266 MeV(3)1.921021Hz反思领悟：要注意结合能和比结合能不同概念，一般先求结合能，再求比结合能求结合能时，通常可以用Emc2来计算，还可以用能量守恒等方法，另外也有先知道比结合能去求解结合能的2(2020宜宾名校一模)关于核力和结合能，下列说法正确的是()A强相互作用力是原子核内部的力，弱相互作用力是原子核外部的力B强相互作用力和弱相互作用力都是短程力，其
15、力程均在1018米范围内C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D组成原子核的核子越多，它的结合能越低【答案】C 解析：强相互作用力是原子核内部的力，弱相互作用力也是原子核内部的力，故 A 错误；强相互作用力存在于原子核内，作用范围在 1.51015 m 之内，弱相互作用力是微观粒子之间的一种作用力，作用距离约为 1018 m，故 B 错误；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，故 C 正确；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，而组成原子核的核子越多，它的结合能并不是越低，故 D 错误核能的计算例 3(2020 孝感期末)一个原
16、来静止的锂(63Li)核俘获一个速度为 7.4104 m/s 的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为 2.0103 m/s，方向与中子的运动方向相反(1)写核反应方程(2)求出氦核的速度(结果保留 2 位有效数字)(3)若氘核质量为2.014 102 u、氚核质量为3.016 050 u、氦核质量为4.002 603 u、中子质量为1.008 995 u，则H与H聚变生成He及释放一个中子，这个反应释放出的能量为多少？其中1 u931.5 MeV.(结果保留4位有效数字)解析：(1)核反应方程为63Li10n31H42He.(2)选取中子初速度的方向为正方向，由动量守恒定律m1
17、v0m2v1m3v2其中 m1 为中子质量，m2 为氚核质量，m3 为氦核质量代入解得 v22.0104 m/s.(3)质量亏损为mm氘m氚m氦m中代入解得m0.018 554 u根据爱因斯坦质能方程得到，核反应释放出的能量为Emc217.28 MeV.答案：(1)63Li10n31H42He(2)2104 m/s(3)17.28 MeV反思领悟：(1)核能计算的基本方法：由Emc2计算，关键先求出质量亏损m.根据能量守恒和动量守恒计算(2)正确运用质能方程、动量守恒定律和能量守恒定律以及动量和动能的大小关系是解题的关键守恒思想在核反应中的应用守恒定律是自然界普遍成立的规律，守恒定律的本质是：
18、物体在发生变化或两物质发生相互作用的过程中某些物理量的总量保持不变，这些物理量在这一过程中是守恒的原子核在发生变化和反应过程中也遵循质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒定律，以及动量守恒定律创新拓展提升 质量数守恒就是参加反应前的各原子核的质量数总和等于反应后各原子核的质量数的总和，电荷数守恒就是参加反应前的各原子核电荷数总和等于反应后各原子核的电荷数总和，这是写好核反应方程的两个重要的基本依据原子核发生核反应时，一个核分成多个核，或核与核之间发生相互作用，所以作用过程遵循动量守恒定律及能量守恒定律，这是计算核能的一种方法例4 光子的能量为h、动量为 hc.如果一个静止的放射性元素的原子核在发生衰变时只发出一个光子，则衰变后的原子核()A仍静止B沿与光子运动方向相同的方向运动C沿着与光子运动方向相反的方向运动D可能向任何方向运动解析：原子核发生衰变时只发出一个光子，从核反应方程看原子核质量数和电荷数都没有变化，但光子是有动量的，根据动量守恒定律，衰变后的原子核应有一个与光子相反的动量，所以C对答案：C
