核力与结合能学案

高二物理 组题人 审核人 使用时间 没有比人更高的山 没有比脚更长的路 业精于勤 荒于嬉 行成于思 毁于随 学学 案案 19 5 核力与结合能 学习目标 1 了解四种基本相互作用 知道核力的性质 2 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 重点难点 1 知道原子核的结合能和比结合能的概念 2 知道什么是质量亏损 能应用质能方程进行计算 教学内容 一 核力与四种基本相互作用 1 核力 原子核里的核子间存在着相互作用的核力 核力把核子紧紧地束缚在核内 形成稳定的原子核 2 核力特点 1 核力是强相互作用的一种表现 在原子核的尺度内 核力比库仑力大得多 2 核力是短程力 作用范围在 1 5 10 15m 之内 在大于 0 8 10 15m 时表现为吸引力 超过 1 5 10 15m 时 核力急剧下降几乎消失 而在距离小于 0 8 10 15m 时 核力表现为斥力 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 4 核力与核子是否带电无关 质子与质子间 质子与中子间 中子与中子间都可以有 核力作用 3 四种基本相互作用 二 原子核中质子与中子的比例 由于核力是短程力及核力的饱和性 自然界中较轻的原子核中 质子数与中子数大致 相等 但较重的原子核中 中子数大于质子数 越重的原子核 两者相差越多 三 结合能和质量亏损 1 对结合能的理解 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为比结合能 比结合能越大 原子核中 核子结合得越牢固 原子核越稳定 3 核子数较小的轻核和核子数较大的重核 比结合能较小 中等核子数的原子核 比 结合能较大 当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能 2 对质能方程和质量亏损的理解 1 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 E mc2 2 质量亏损 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 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 E mc2 班级 班级 姓名 姓名 考号 考号 高二物理 组题人 审核人 使用时间 没有比人更高的山 没有比脚更长的路 业精于勤 荒于嬉 行成于思 毁于随 四 质量亏损和核能的计算 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 E mc2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 5MeV 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 5MeV 即 E m 931 5MeV 其中 m 的单位是 u E 的单位是 MeV 3 利用比结合能来计算核能 原子核的结合能 核子的比结合能 核子数 核反应中反应前系统内所有原子核的总 结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差 就是该核反应所释放 或吸收 的核 能 典型例题 例 1 考点 比结合能 多选 原子核的比结合能曲线如图所示 根据该曲线 下列 判断正确的有 A He 核的结合能约为 14MeV 4 2 B He 核比 Li 核更稳定 4 26 3 C 两个 H 核结合成 He 核时释放能量 2 14 2 D U 核中核子的平均结合能比Kr 核中的大 235928936 例 2 考点 结合能与比结合能 H 的质量是 3 u 质子的质量是 1 u 中子的质量 3 1 为 1 u 求 质量亏损 1u 相当于释放 931 5MeV 的能量 1 一个质子和两个中子结合为氚核时 是吸收还是放出能量 该能量为多少 2 氚核的结合能和比结合能各是多少 例 3 考点 质能方程 取质子的质量 mp 1 6726 10 27kg 中子的质量 mn 1 6749 10 27kg 粒子的质量 m 6 6467 10 27kg 光速 c 3 0 108m s 请计算 粒子的结合能 计算结果保留两位有效数字 随堂练习 1 下列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 对于较重的原子核 由于核力的作用范围有限 以及核力的饱和性 如果继续增 大原子核 形成的核也一定是不稳定的 2 多选 关于原子核的结合能 下列说法正确的是 A 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B 一重原子核衰变成 粒子和另一原子核 衰变产物的结合能之和一定大于原来重 核的结合能 C 铯原子核 Cs 的结合能小于铅原子核 Pb