1、1 新情境激趣引航原子核一般都很稳定，说明它们之间存在很强的引力，但质子位于原子核外时，它们却互相排斥，没有任何相互吸引的迹象中子是不带电的，而质子都带有正电荷，在小小的原子核内，这些都带正电荷的质子应该相互排斥，这样原子核早就该分崩离析了可实际上这种情况并没有发生那么，中子和质子之间究竟是依靠什么强有力地结合在一起的呢？2 新知识预习探索学习目标 1.知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用2.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3.掌握结合能和比结合能的概念4.知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算新知预习一、核力与四种基本相互作用1核力：原
2、子核内核子之间的相互作用力2核力的特点：(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多(2)核力是短程力，作用范围是 1.51015_m 之内(3)核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用二、原子核中质子与中子的比例和结合能1轻原子核和重原子核：(1)较轻原子核：质子数和中子数大致相等(2)较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多2结合能和比结合能：(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能(2)比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固原子核越稳定，中等大
3、小的核的比结合能最大、最稳定三、质能方程和质量亏损1爱因斯坦质能方程 Emc2.2质量亏损：原子核的质量小于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：Emc2.问题探索想一想问题 1 有的同学认为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力平衡而使原子达到稳定状态”，这种说法正确吗？提示：不正确质子之间的库仑斥力的大小与万有引力的大小相差 1 035倍，两者相差悬殊，不可能平衡在原子核内一定还存在第三个相互作用力来克服较强的库仑斥力问题 2 有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？提示：不对在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，
4、仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化.3 新课堂互动探究 知识点一 核力和结合能的理解重点聚焦(1)核力原子核由质子和中子组成，中子和质子是靠强大的核力结合在一起的核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力核力的特点：核力是强相互作用力，在它的作用范围内核力比库仑力大得多核力是短程力，作用范围在 1.51015m 之内，在大于 0.81015 m时核力表现为引力，超过 1.51015 m时核力急剧下降几乎消失，在小于 0.81015 m 时核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起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
5、性无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力(2)自然界四种基本相互作用力：万有引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用(3)结合能结合能定义：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结合能比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化的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比中等质量的原子核要小特别提醒(1)结合能不是核子结合成原子核需要的能量而是将原子核的核子拆开时需要的能量(2)比结合能比结合能更有意义
6、，它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度典例精析 下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的有()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【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，A 选项错；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，B、C 两项错；中等质量原子核的比结合能比轻核
7、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 选项正确【答案】D【方法归纳】对结合能和比结合能定义的理解是判断此题关键跟踪练习1一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为_该反应放出的能量为 Q，则氘核的比结合能为_【解析】核反应方程为10n11H21H.核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能它的结合能与核子数之比，称作比结合能，由题意知氘核的核子数为 2，所以比结合能为Q2.【答案】10n11H21H Q2知识点二 核能的计算方法重点聚焦1质量亏损(1)科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和
8、一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来(2)m 是核反应前与核反应后的质量之差2对质能方程 Emc2 本质的理解：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(质量和能量)等同起来(2)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的联系绝不等于这两个量可以相互转化(3)质量亏损不是否定了质量
9、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3核反应中由于质量亏损而释放的能量 Emc2：从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化 E 与物体的质量变化 m 的关系：Emc2.4判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法：根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量典例精析 用速度几乎是零的慢中子轰击静止的硼核(10 5B)，产生锂核(73Li)和 粒子已知中子质量 mn1.008665 u，硼核质量 mB10.01677 u，锂核质量 mL
10、i7.01822 u，粒子质量 m4.00260 u.(1)写出该反应的核反应方程(2)求出该反应放出的能量 E.(3)若核反应中放出的能量全部变成生成物的动能，则锂核和 粒子的动能各是多少(1 u 相当于 931.5 MeV)?【解析】根据质量数和电荷数守恒写出核反应方程，由质量亏损及爱因斯坦质能方程求出核能，再由动量守恒和能量守恒求出锂核和 粒子的动能(1)核反应方程为10 5B10n73Li42He(2)核反应过程中的质量亏损为m (10.01677 u 1.008665 u)(7.01822 u 4.00260 u)0.004615 u.释放出的能量为 E0.004615931.5 M
11、eV4.30 MeV.(3)根据动量守恒定律有 mLivLimv，由动能定义式有 EkLi12mLiv2Li，Ek12mv2，联立有EkLiEkmmLi47.根据能量守恒有 EkLiEkE4.30 MeV.解得生成物的动能分别为 EkLi1.56 MeV，Ek2.74 MeV.【答案】(1)105B10n73Li42He(2)4.30 MeV(3)1.56 MeV 2.74 MeV【方法归纳】根据 Emc2 求释放的核能跟踪练习2.31H 的质量是 3.016050 u，质子的质量是 1.007277 u，中子的质量是 1.008665 u，求：一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能
12、量？该能量为多少？【解析】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mp2mn1.007277 u21.008665 u3.024607 u，反应后新核的质量为mH3.016050 u，质量亏损为m3.016050 u3.024607 u0.008557 u.因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放出能量反应释放的核能为E0.008557931.5 MeV7.97 MeV.【答案】放出能量 7.97 MeV4 新思维随堂自测1.对核力的认识，下列正确的是()A任何物体之间均存在核力B核力广泛存在于自然界中的核子之间C核力只存在于质子之间D核力
13、只发生在相距 1.51015m 的核子之间【解析】由核力的特点知道，只有相距 1.51015m 的核子之间存在核力，核力发生在质子与质子，质子与中子之间，由此知 D 正确，A、B、C 错误【答案】D2由爱因斯坦质能方程可以判断下列说法错误的是()A任何核反应，只要伴随能量的产生，则反应前后各物质的质量和一定不相等B太阳不断地向外辐射能量，因而太阳的总质量一定不断减少C虽然太阳不断地向外辐射能量，但它的总质量是不可改变的D若地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的质量将不断增大【解析】在任何核反应中，只要伴随能量的产生，则反应中一定造成质量亏损，反应前后质量不相等，故 A 项正确；太
14、阳不断向外辐射能量，造成质量亏损，因而太阳的总质量一定不断减少，故 B 项正确，C 项错误；地球从太阳获得的能量大于地球向外辐射的能量，则地球的能量增加，根据质能方程知能量与质量的对应关系，则地球的质量将不断增加，故 D 项正确【答案】C3(多选)对核子结合成原子核的下列说法正确的是()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当 n 个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小D对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用【解析】由于核力为近程力，只会发生在相邻核子之间，由此知 A、B 错误；当 n 个核子靠近到核力作用范围内
15、，而距离大于 0.81015 m 核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于 0.81015m，故 C 正确；对质子数较多的原子核由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故 D 正确【答案】CD4下列关于平均结合能的说法正确的是()A核子数越多，平均结合能越大B核子数越多，平均结合能越小C结合能越大，平均结合能越大D平均结合能越大，原子核越稳定【解析】由核平均结合能随质量数的变化图象可知，中等质量核的平均结合能较大，所以 A、B、C 错；而平均结
16、合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，所以 D 对【答案】D5(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某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的【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，所以 B、D正确【答案】BD5 新视点名师讲座质量亏损与能量守恒、动量守恒的综合核反应类似于
17、宏观上物体的碰撞，在微观世界中，粒子的碰撞一般都认为是完全弹性碰撞核反应如果发生在磁场中，又会涉及磁学、圆周运动等知识所以，核反应会与力和运动、动量和能量结合到一起构成综合题处理这类题目时，首先根据质量亏损和质能方程计算核能，然后结合动量守恒定律和能量守恒定律列方程计算 已知22688Ra、22286Rn、42He 的原子量分别是 226.025 4、222.017 5、4.002 6.求在22688Ra 的 衰变22688Ra22286Rn42He 中放出的能量如果这些能量都以核的动能形式释放出来，放出的粒子的速度多大？【解析】衰变后质量亏损为m226.025 4 u(222.017 5u4.002 6 u)0.005 3 u，放出的能量为Emc20.005 3931.5 MeV4.9 MeV7.91013 J.设 粒子的质量为 m，速度为 v，22286Rn 的质量为 M，速度为 v1，根据动量守恒定律和能量守恒定律有mvMv1，12mv212Mv21E.所以 v2MEMmm22227.9101322641.661027 m/s1.5107m/s.【答案】7.91013 J 1.5107 m/s【点拨】求解本题首先要根据质量亏损和质能方程计算结合能，根据能量守恒定律，核能转变为 粒子和22688Rn 的动能，然后再结合动量守恒定律求解.