1、返回目录 原子核 第十九章 返回目录 第5节 核力与结合能返回目录 学习目标 1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用 2.了解结合能和比结合能的概念 3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算 返回目录 课前 教材预案课堂 深度拓展课末 随堂演练课后 限时作业返回目录 1核力(1)原子核内_之间的相互作用力要点一 核力与四种基本相互作用核子 课前教材预案返回目录(2)特点：核力是_(强力)的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力_；核力是短程力，作用范围在_之内；核力的饱和性：每个核子只跟_的核子发生核力作用强相互作用 大得多 1.51015 m 邻近 返回目录 2
2、四种基本相互作用更短 电磁力 万有引力 返回目录 原子核由质子和中子组成，较轻的原子核，质子数与中子数_，但对于较重的原子核，中子数_质子数，越重的元素，_.这是因为核子数越多时，有些核子间的距离越大，核力会迅速减小，使核力不足以平衡质子的库仑斥力，使原子核不稳定，可见原子核的粒子数不是无限多的原因是核力的_大致相等 要点二 原子核中质子与中子的比例大于 相差越大 饱和性 返回目录 1结合能把结合成原子核的核子分开所_的能量或核子在核力作用下结合成原子核_的能量需要 要点三 结合能与质量亏损释放 返回目录 2比结合能原子核的结合能与_之比称做比结合能，也叫平均结合能比结合能越大，表示原子核中核
3、子结合得越_，原子核越_，_的核的比结合能最大、最稳定核子数 牢固 稳定 中等大小 返回目录 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)若在核反应前后质量亏损为m，则核反应释放的核能E_Emc2 小于 mc2 返回目录 问题与思考1判断下列说法的正误(1)一切原子核均具有结合能()(2)自由核子结合为原子核时，吸收能量()(3)比结合能越大的原子核越稳定()返回目录 答案(1)氢原子核只有一个质子，不具有结合能，(1)错误(2)自由核子结合为原子核时质量亏损，放出能量，(2)错误(3)比结合能越大的原子核，核子结合得越牢固，原子核越稳定
4、，(3)正确返回目录 2核子为什么不能融合在一起？答案 核子间存在核力，当核力的作用范围小于0.81015 m时，核力表现为斥力，因此核子不能融合在一起返回目录 3重核中质子间的核力为什么不足以平衡它们间的库仑力？答案 原子核内的质子间一定有库仑斥力，但核力发生在相邻的质子之间，重核中质子数比中子数少，若原子核内质子数较多，则库仑斥力变大，造成核力不足以平衡质子间的库仑力返回目录 课堂深度拓展考点一 核力和原子核中质子与中子的比例1核力的特点：(1)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返回目录(2)核力是短程力，作用范围在1.510 15 m之内核力在距离大于
5、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)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返回目录 2原子核中核子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，两者相差越大返回目录 3原子核的稳定性(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集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，中子与其他核子间
6、没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性返回目录(2)核力的饱和性稳定的重原子核里，中子数要比质子数多由于核子的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的，所以，原子核大小也受到限制返回目录【例题1】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，如果不断地增大原子核，形成的核也一定是不稳定的返回目录 答案 D 解析 自然界中较轻的原子核，质
7、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，且原子核越大越不稳定，故选项D正确返回目录【变式1】关于核子结合成原子核，下列说法正确的是()A原子核内的核子间均存在核力B原子核内的质子间均存在核力和库仑力C稳定原子核的质子数总是与中子数相等D对质子数较多的原子核，其中的中子较多有助于维系原子核稳定答案 D 返回目录 解析 核力是短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知，选项A、B错误；核力只作用于相邻的核子，随着质子数增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用，选项C错误，D正确返回目录 1结合能与比结合能(1)结合能：原子核分解成核子
8、时吸收的能量，都叫做原子核的结合能(2)比结合能：原子核的结合能与其核子数之比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，表示该核就越稳定考点二 结合能与比结合能返回目录 不同原子核的比结合能随核子数变化图线如图所示从图中可看出，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返回目录 2比结合能与原子核稳定性的关系(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，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定返回目录(3
9、)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返回目录 结合能与电离能的区别无论质子和质子之间，中子和中子之间，还是质子和中子之间，都存在核力，它们结合成原子核时释放的能量叫结合能要使氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、赋予光子等途径让电子得到能量，这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常把它叫做氢原子的电离能返回目录【例题2】如果把 16 8 O分成8个质子和8个中子，要给它多少能量？把它分成4个 42He，要给它多
10、少能量？已知16 8O的核子比结合能是7.98 MeV，42He的核子比结合能是7.07 MeV返回目录 解析 把16 8O分成质子和中子需提供的能量E1167.98 MeV127.68 MeV将质子和中子结合成一个42He所放出的能量E247.07 MeV28.28 MeV则将16 8O分成4个42He需提供的能量EE14E2127.68 MeV428.28 MeV14.56 MeV答案 127.68 MeV 14.56 MeV返回目录【变式2】下列关于结合能和比结合能的说法正确的是()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
11、合能也一定越大返回目录 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答案 D 返回目录 解析 核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，选项A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，其结合能反而比重核小，选项B、C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，选项D正确返回目录 1质能方程Emc2的理解(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的具体地说，一定质量的
12、物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，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的总和考点三 质能方程及质量亏损返回目录(2)根据质能方程，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；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作Emc2(3)运用质能方程时应注意单位一般情况下，公式中各量都应取国际单位但在微观领域，用国际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返回目录 2质量亏损的理解所谓质量亏损，并不是质量消失，减少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
13、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给总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是Emc2返回目录 质量亏损的两个理解误区(1)错误地认为亏损的质量转化为能量或认为能量和质量可以相互转化实际上质量和能量并不能相互转化，只是质量和能量具有对应关系返回目录(2)认为核反应中质量不守恒所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量变为能量，而是在宏观上表现为减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量返回目录【例题3】下列说法正确的是()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，可以用物
14、体的质量作为它所蕴藏的能量的量度返回目录 C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D因为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答案 B 返回目录 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，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，选项A错误，B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，选项C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，选项D错误返回目录【变式
15、3】对于爱因斯坦提出的质能方程Emc2，下列说法错误的是()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是发生核反应中释放的核能答案 D 返回目录 解析 Emc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，选项A正确，D错误；Emc2表示的意义是当物体的能量增加或减少E时，它的质量也会相应地增加或减少m，选项B正确；只有在出现质量亏损时，才能释放核能，选项C正确返回目录 考点四 核能的计算求解核能的常见思路及方法(1)根据质量亏损计算其步骤如下：根据核反应方程，计算核
16、反应前和核反应后的质量亏损m；根据爱因斯坦质能方程Emc2或Emc2计算核能返回目录(2)利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算原子质量单位u和电子伏特间的关系：1 u相当于931.5 MeV；根据，原子质量单位u相当于931.5 MeV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返回目录(3)根据能量守恒和动量守恒来计算参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出核能的变化返回目录(4)应用阿伏加德罗常数计算核能根
17、据物体的质量 m 和摩尔质量 M 由 nmM求出物质的量，并求出原子核的个数 NNAnNAmM；由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量 E0(或直接从题目中找出 E0)；再根据 ENE0 求出总能量返回目录【例题4】静止的镭核 226 88 Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn.已知镭核226质量为226.025 4 u，氡核222质量为222.016 3 u，放出粒子质量为4.002 6 u1 u相当于931.5 MeV(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能返回目录 解析(1)核
18、反应(衰变)方程为 226 88 Ra 222 86 Rn 42He(2)镭核衰变放出的能量为Emc2(226.025 44.002 6222.016 3)931.5 MeV6.05 MeV返回目录(3)由镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得mRnvRnmv，对根据衰变放出的能量转变为氡核和粒子的动能，则E12mRnv2Rn12mv2，返回目录 联立解得EmRnmRnm E2222224 6.05 MeV5.94 MeV答案(1)226 88Ra222 86Rn42He(2)6.05 MeV(3)5.94 MeV返回目录【变式4】已知氮核质量MN14.007 53 u，氧1
19、7核的质量MO17.004 54 u，氦核质量MHe4.002 60 u，氢核质量MH1.008 15 u，试判断：174N42He178O11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？(1 u相当于931.5 MeV)返回目录 解析 反应前总质量MNMHe18.010 13 u，反应后总质量MOMH18.012 69 u，可以看出，反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应吸收的能量利用Emc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故E(18.012 6918.01013)931.5 MeV2.4 MeV答案 吸收能量 2.4 MeV返回目录 1.对
20、公式Emc2，下列说法正确的是()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在核反应中，能量与质量都不守恒答案 C 课末随堂演练返回目录 解析 方程Emc2中只说明质量亏损与释放核能这两种现象间的数值关系，并不能说明质量和能量可以相互转化，选项A、B错误，C正确；在核反应中遵循质量和能量守恒定律，选项D错误返回目录 2(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是()A核子结合为原子核时，一定释放能量B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 返回目录 解析 由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功
21、，释放出能量，反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，选项A正确，B错误；核子越多的原子核其结合能越大，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，选项C错误，D正确返回目录 3(多选)关于质能方程，下列说法正确的是()A质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D一定量的质量总是与一定量的能量相联系的返回目录 答案 BD 解析 质能方程Emc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的；当物体获得一定的能量，即能量增
22、加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据Emc2进行计算，选项B、D正确返回目录 4某核反应方程为21H31H42HeX.已知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，该反应吸收能量答案 B 返回目录 解析 根据核反应过程中质量数、电荷数守恒，可得21H31H42He10n，即X为中子；在该反应发生前，反应物的总质量m1(2.013 63.018 0)u5.031 6 u，反应后产物总
23、质量m2(4.002 61.008 7)u5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量，选项B正确返回目录 5氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H31H42He 10n，已知 31H的平均结合能是2.78 MeV，21H的平均结合能是1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，试计算核反应时释放的能量返回目录 解析 聚变反应前氘核和氚核的总结合能E1(1.0922.783)MeV10.52 MeV，反应后生成的氦核的结合能E27.034 MeV28.12 MeV，由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量EE2E1(28.1210.52)MeV17.6 MeV答案 17.6 MeV返回目录 课后限时作业