2019年高中物理第4章第1节核力与核能学案鲁科版.docx

核力与核能1.核力是把原子核中的核子维系在一起的力，是短程力，是一种强相互作用。2核子结合成原子核所释放的能量叫做原子核的结合能。对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能。3重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，容易裂变成中等质量的核而放出能量。4任何一个原子核的质量总小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值叫做质量亏损。1核力把原子核中的核子维系在一起的力。2核力特点(1)核力是一种强相互作用。(2)核力是短程力，作用范围在2_fm(1_fm1015m)左右，仅存在两相邻的核子之间。3核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子称为核素。4核素图用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图像叫做核素图(如图所示)。5核的稳定性(1)核素的稳定区：稳定核素几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧的区域。(2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着核电荷数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数。6原子核的结合能核子结合成原子核所释放的能量。7平均结合能对某种原子核，平均每个核子的结合能。重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小；轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小。8质量亏损(1)定义：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值叫做质量亏损。(2)结合能计算公式：Emc2。1自主思考判一判(1)原子核内的质子间均存在核力和库仑力。()(2)稳定原子核的质子数总是与中子数相等。()(3)对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用。()(4)原子核的核子数越多，平均结合能越大。()(5)质量亏损是因为这部分质量转化为能量。()(6)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。()2合作探究议一议(1)原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？提示：组成原子核的相邻的核子间存在核力。(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，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。 核力与核的稳定性的理解1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；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。2原子核的稳定性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。3核力的饱和性稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核力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，原子核的大小也受到限制。1关于核力的说法正确的是()A核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B核力就是电磁力C核力是短程力，作用范围在21015 m左右D核力与电荷有关解析：选C核力是短程力，超过作用范围，核力急剧下降(几乎消失)，故C正确。核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错误。核力与电荷无关，故D错误。2核子结合成原子核的下列说法中，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，其间势能一定增加D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：选D由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.81015 m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.81015 m，故C错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，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。质能方程及质量亏损的理解1对平均结合能的理解(1)平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等质量的核平均结合能最大、最稳定。(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就要释放核能。2.质量亏损、质能方程及核能的计算(1)质量亏损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。m是核反应前与核反应后的质量之差。(2)质能方程Emc2爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系，即Emc2，式中c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。例1多选关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是()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思路点拨解此题的关键是理解质能方程、质量亏损的概念及各符号的意义。解析爱因斯坦的质能方程Emc2表明，物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，故A错误，B正确。Emc2表明，在核反应中亏损的质量m将产生Emc2的能量，只是以另一种形态的质量(动质量)释放出来，与这部分质量m相对应的能量为mc2，而绝不是质量转化为能量，故C错误，D正确。答案BD (1)质能方程表明任何物体具有的能量跟其质量是紧密联系的，是一个简单的正比关系。物体质量增加，则能量随之增加；质量减少，能量也随之减少。(2)质量和能量是物质两种不同属性的量度，是两个不同概念。两者之间密不可分，存在着正比关系，不存在相互转化的问题。 1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：选D中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大，故A、B、C均不正确。平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确。2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，质量可以转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应增加C某一定量的质量总是与一定量的能量相联系D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解析：选BC质量亏损说明亏损的质量以另外一种物质形式存在，故A错误；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，故B、C正确，D错误。核能的计算1原子质量单位(1)1 u1.660 565 51027 kg。(2)一个质子的质量为1.007 276 5 u，一个中子的质量为1.008 664 9 u。(3)1 u的质量对应的能量为931.5 MeV。2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。例2镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn。已知镭核质量为226.025 4 u，氡核质量为222.016 3 u，放出粒子质量为4.002 6 u。(1 u对应的能量为931.5 MeV)(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量。思路点拨求解此题应把握以下两点：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程。(2)题目给出的质量单位是u，计算核能时要用1 u的质量对应的能量为931.5 MeV。解析(1)核反应(衰变)方程为：RaRnHe。(2)镭核衰变放出的能量为：Em931.5 MeV(226.025 44.002 6222.016 3)931.5 MeV6.05 MeV答案(1)RaRnHe(2)6.05 MeV核能计算的注意事项(1)计算核能时一定要看准题目所给的单位，kg与J对应，u与MeV对应。(2)在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成新核和新粒子的动能。 1已知中子的质量mn1.008 6 u，质子的质量mp1.007 2 u，氘核质量mD2.013 5 u，则氘核的平均结合能为_ MeV(1 u对应931.5 MeV的能量)。解析：mmnmpmD0.002 3 uEmc2，代入数据得E2.14 MeV故氘核的平均结合能为E1.07 MeV。答案：1.072用中子轰击锂核Li发生核反应，生成氚核H和粒子，并放出4.8 MeV的能量。(1)写出核反应方程；(2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能之比是多少？(4)粒子的动能是多大？解析