高中物理 第十九章 原子核 第5节 核力与结合能学案 新人教版选修3-5.doc

5核力与结合能1知道什么是核力，了解核力的特点。2认识原子核的结合能和质量亏损。3能应用质能方程进行计算。在原子核中，质子和中子被约束在线度为1015 m的区域内。由于质子带正电，中子不带电，质子之间的库仑力应该会使原子核爆裂开来，但实际上核子却紧紧吸引在一起。是万有引力的作用吗？提示：不是，因为相距1015 m的质子间的库仑力比万有引力大得多，万有引力不可能将核子约束在一起，是核子间相互作用的核力将核子维系在一起。1核力与四种基本相互作用(1)核力是_作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力_。(2)核力是短程力，作用范围在_ m之内，核力在大于_ m时表现为吸引力，且随距离的增大而_。超过_ m时，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)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的_。(4)引起原子核衰变的原因是_作用，该作用也是短程力，其力程比强力更短，为_ m，作用强度比电磁力_。2原子核中质子与中子的比例(1)轻原子核：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致_。(2)重原子核：对于较重的原子核，中子数_质子数，越重的元素，两者相差就越大。3结合能(1)结合能：把原子核分解为独立的核子需要吸收的能量；或核力把核子结合在一起放出的能量，称为原子核的_。(2)比结合能：结合能与_之比称为比结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得_，原子核越稳定。4质量亏损(1)质量亏损：核反应前与反应后的总质量之差称为_。(2)爱因斯坦质能方程：emc2。(3)核能的计算：emc2，其中m是质量亏损。答案：1(1)强相互大得多(2)1.510150.81015 减小1.51015(3)饱和性(4)弱相互1018小2(1)相等(2)大于3(1)结合能(2)核子数越牢固4(1)质量亏损一、对结合能和质量亏损的理解1结合能和比结合能原子核是核子结合在一起构成的，要把核子分开，就需要能量，这就是原子核的结合能。结合能的大小可以用emc2进行计算。对某种原子核，平均每个核子的结合能就是比结合能。比结合能的大小可以用得到。(1)比结合能的大小反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示原子核越稳定。(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。(3)比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时要释放能量。2对质量亏损的理解质量亏损，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。二、核能的计算1核反应中释放或吸收的能量，可以先计算反应物和生成物的质量差，再用emc2进行计算。2运用emc2时要注意统一单位。类型一 对结合能和质能方程的理解【例题1】 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，故选项b、d对。答案：bd题后反思：核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转化为能量。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联系的运动质量。另外，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。类型二 核能的计算【例题2】 已知氮核质量mn14.007 53 u，氧核质量mo17.004 54 u，氦核质量mhe4.003 87 u，质子质量mh1.008 15 u，试判断核反应nheoh是吸能反应，还是放能反应？能量变化多少？(1 u相当于931.5 mev的能量)点拨：由反应物和生成物的质量大小关系来判断反应是吸能反应还是放能反应。解析：先计算出质量亏损m，然后由1 u相当于931.5 mev 能量代入计算即可。反应前总质量为mnm he18.011 40 u，反应后总质量为momh18.012 69 u。因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收的能量为e(18.012 6918.011 40)931.5 mev1.2 mev。答案：吸能反应1.2 mev题后反思：处理这类问题时，准确计算出反应前后的质量差m是解题关键。触类旁通：例题2中的核反应，如果是靠粒子碰撞n核发生的，试分析粒子应该具备多大的动能？(不要求定量计算，只做定性分析)触类旁通答案：粒子所具有的动能应是产生的氧核、质子及反应中需要吸收的能量三者之和。1核力具有下列哪些性质()。a核力是短程力，作用范围很小，只在相邻核子间发生b核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起c质子间、中子间、质子和中子之间都有核力d核力是一种强相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多2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3对公式emc2的理解，下列说法中正确的是 ()。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4原子质量单位为u,1 u相当于931.5 mev的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为m的原子核时释放出的能量是()。a(mm1m2)uc2b(m1m2m)u931.5 jc(m1m2m)c2d(m1m2m)931.5 ev5历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 mev的质子轰击静止的x，生成两个动能均为8.9 mev的。(1 mev1.61013 j)(1)上述核反应方程为_。(2)质量亏损为_kg。答案：1abcd核力作用的范围在1.51015 m之内，只在相邻核子间发生，是短程力，a项对；当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，距离减小至一定值时，核力表现为斥力，b项对；核力是质子、中子之间的强相互作用力，c、d两项对。2c核力是短程力，超过1.51015 m，核力急剧下降几乎消失，故选项c对；核力与万有引力、电磁力不同，故选项a、b错；核力与电荷无关，故选项d错。3cemc2只说明质量亏损和释放出核能这两种现象间的联系，并不是说明物体的质量和能量之间存在着相互转化关系，故选项a、b错误，c正确；我们都知道，