高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能学案 新人教版选修3-5 (2).doc

5核力与结合能学 习 目 标知 识 脉 络1.了解四种基本相互作用，知道核力的特点2认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算3能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.核 力 与 四 种 基 本 相 互 作 用1核力原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，作用范围在1.51015_m之内(3)核力的饱和性：每个核子只跟相邻的核子发生核力作用3四种基本相互作用4原子核中质子与中子的比例(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，越重的元素两者相差越多1原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡()2核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大()3弱相互作用是引起原子核衰变的原因()四种基本相互作用分别在不同尺度上发挥作用，将他们按照作用距离由小到大排列，应怎样排列？【提示】弱相互作用的作用距离为1018 m，强相互作用的作用距离为1015 m，电磁力主要体现在原子、分子层面，万有引力主要在宏观和宏观尺度上发挥作用所以顺序为：弱相互作用、强相互作用、电磁相互作用、万有引力探讨1：原子核中的质子数与中子数有怎样的数量关系？【提示】较轻的原子核(原子序数小于20)质子数与中子数大致相等，但随着原子序数的增加(原子序数大于20)，稳定原子核中的中子数大于质子数，且原子序数越大，两者相差越大探讨2：原子核中任意两个核子之间都存在核力吗？【提示】不是核力是短程力，只有相邻的两个核子之间才存在核力1四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用(1)引力相互作用，引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状万有引力是长程力(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子质子转变的原因弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为1018 m，作用强度则比电磁力小2核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现(2)核力是短程力约在1015 m数量级时起作用，距离大于0.81015 m时为引力，距离小于0.81015 m时为斥力，距离为101015 m时核力几乎消失(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用(4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关3原子核中质子与中子的比例关系(1)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(2)形成原因：若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了若只增加中子，因为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，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的1对核力的认识，下列说法正确的是()a任何物体之间均存在核力b每个核子只跟邻近的核子发生核力作用c核力只存在于质子之间d核力只发生在相距1.51015 m的核子之间，大于0.81015 m为吸引力，而小于0.81015 m为斥力e核力是强相互作用的一种表现【解析】由核力的特点知道，只有相距1.51015 m的核子之间存在核力，核力发生在核子之间【答案】bde2对原子核的组成，下列说法正确的是()a核力可使一些中子组成原子核b核力可使非常多的质子组成原子核c自然界中存在只有质子的原子核d质量较大的原子核内一定有中子e越重的元素，核子中子数与质子数相差越多【解析】由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，a、b错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如h，c正确；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故d、e正确. 【答案】cde3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，质子数比中子数少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，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在e原子序数大于或等于83的元素都是不稳定的【解析】由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故a错误b正确；原子核可以发生衰变，且原子序数大于或等于83的元素都有放射性，故c错误e正确；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故d正确【答案】bde(1)核力是强相互作用力，只存在于相邻核子之间.(2)核力的存在与核子是否带电及电性无关.(3)原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关.结 合 能 和 质 量 亏 损1结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，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，称作比结合能，也叫平均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小的核的比结合能最大，最稳定3质能方程物体的能量与它们质量的关系是：emc2.4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1原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量()2比结合能越大，原子核越稳定()3质能方程emc2表明了质量与能量间的一种对应关系()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一个静止的铀核u(原子质量为232.037 2 u)放出一个粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核th(原子质量为228.028 7 u)，同时释放出一定量的核能探讨1：铀核u衰变过程中的质量亏损是多少？【提示】m232.0372 u4.002 6 u228.028 7 u0.005 9 u.探讨2：核反应过程发生了质量亏损，同时释放出核能，能说这部分质量转变为能量了吗？【提示】不能物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量1比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定(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. (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，就可能释放核能。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2对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是emc2.(2)质量亏损质量亏损，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，这时质能方程也写为emc2.3核能的计算方法(1)根据质量亏损计算根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损m.根据爱因斯坦质能方程emc2计算核能其中m的单位是千克，e的单位是焦耳(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 mev的能量，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.其中m的单位是u，e的单位是mev.4下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有()a核子结合成原子核时放出能量b原子核拆解成核子时要吸收能量c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d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e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、b正确；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，其结合能比重核反而小，c、d选项错误；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，e选项正确【答案】abe5关于质能方程，下列哪些说法是正确的()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e物体的质量减少，总能量也随之减少【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b、d、e对【答案】bde6(2015江苏高考)取质子的质量mp1.672 61027 kg，中子的质量mn1.674 91027 kg，粒子的质量m6.646 71027 kg，光速c3.0108 m/s.请计算粒子的结合能(计算结果保留两位有效数字)【解析】组成粒子的核子与粒子的质量差m(2mp2mn)m结合能emc2代入数据得e4.31012 j.【答案】4.31012 j核能的两种单位(1)若以kg为质量亏损m的单位，则计算时应用公式emc2.(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则em931.5 mev.(3)两种方法计算的核能的单位分别为“j”和“mev”，1 mev11061.61019 j1.61013 j学业分层测评(十六) (建议用时：45分钟) 学业达标1放射性元素在衰变过程中，有些放出射线，有些放出射线，有些在放出射线或射线的同时，还以射线的形式释放能量例如th核的衰变过程可表示为thpae，对于这个衰变下列说法正确的是()a是衰变b产生的pa核从低能级向高能级跃迁c是衰变d产生的pa核从高能级向低能级跃迁e放出的射线是波长很短的光子【解析】由核反应方程电荷数守恒和质量数守恒可知生成了e，并释放出能量，故选项a、d、e正确【答案】ade2一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出光子，核反应方程是hnh，以下说法中正确的是()a反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和b反应前后的质量数不变，因而质量不变c反应前后质量数不变，但会出质量亏损d光子的能量为mc2，m为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度e因存在质量亏损m，所以“物质不灭”的说法不正确【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为a、c、d.【答案】acd3如图1951所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 ()图1951a将原子核a分解为原子核b、c一定放出能量b将原子核d、e结合成原子核f可能吸收能量c将原子核a分解为原子核b、f一定释放能量d将原子核f、c结合成原子核b一定释放能量e将原子核f、c结合成原子核b时一定吸收能量【解析】因b、c核子平均质量小于a的核子平均质量，故a分解为b、c时，会出现质量亏损，故放出核能，故a正确，同理可得b、d错，c、e正确【答案】ace4在下列判断中，正确的是()a组成u核的核子中只有相邻核子之间才存在不可忽略的核力作用b组成u核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用c组成u核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用d组成u核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用e组成u核的质子中只有相邻的质子间才存在不可忽略的核力作用【解析】核力属于短程力，由于组成u核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项a、e正确，b、d错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项c正确【答案】ace5中子比质子更容易击中原子核的原因是_【解析】由于中子不带电，与原子核之间不存在库仑斥力，所以，它比其他粒子更易接近原子核并打进内部去【答案】中子不带电6科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于_【解析】分子力作用范围约在1010 m数量级上强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在1015 m和1018 m之内，在分子力作用距离上都不存在在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用【答案】电磁相互作用7当两个中子和两个质子结合成一个粒子时，放出28.30 mev的能量，当三个粒子结合成一个碳核时，放出7.26 mev的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为_【导学号：66390052】【解析】6个中子和6个质子可结合成3个粒子，放出能量328.30 mev84.9 mev，3个粒子再结合成一个碳核，放出7.26 mev能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为849 mev7.26 mev92.16 mev.【答案】92.16 mev8激光中子是由重原子核吸收光子后发射中子而产生的，光子的极限能量大约是10 mev.假定中子从原子核上向外移开距离1013 cm所受的力保持不变，则平均核力的数量级是_. 【导学号：66390053】【解析】核力是一种很强的力，应存在于相邻的核子之间，作用范围在1.51015 m之内，由题意知：dwe，则 n1.6103 n.【答案】103 n能力提升9下列说法中，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，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度c核反应中发现的“质量亏损”是由静止质量变成运动质量d因为在核反应中产生能量，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e在核反应中系统的总能量和总质量是守恒的【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，故a项错误，而b项正确；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，故c项正确；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，故d错误e正确【答案】bce10原来静止的原子核x质量为m1，处在区域足够大的匀强磁场中，经衰变后变成质量为m2的原子核y，粒子的质量为m3，已测得粒子的速度垂直于磁场b，且动能为e0，假定原子核x衰变时释放的核能全部转化为动能，则下列四个结论中，正确的是() 【导学号：66390054】a核y与粒子在磁场中运动的周期之比为b核y与粒子在磁场中运动的半径之比为c此衰变过程中的质量亏损为m1m2m3d此衰变过程中释放的核能为e此衰变过程中释放的核能为e0【解析】原子核发生衰变时核子质量数减小4而核电荷数减小2.由题意知x核原先静止，则衰变后粒子和反冲核y的动量大小相等，由r知ryrqqy2(z2)，故b项正确；而周期之比由t知tyt，故