第4章第4节核力与结合能

1、第四节核力与结合能知识脉络学习目标第 4 页1知道核力的概念与特点.（重点）2. 会解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例 的原因3. 理解结合能与平均结合能的概念，知道核反应中的 质量亏损.（重点）4. 知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系， 能进行基本的核能计算.（难点）T定义核力特点两类原子孩FL结合能与质量亏茹先填空核力及其性质、重核与轻核1 核力（1）定义：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库 仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力.（2）特点：核力是一种很强的力，在约 0.5X 1015m2X 1015m的距离内主 要表现为引力,在小于0.5X101

2、5m的距离内表现为强大的斥力，大于2X10- 15m 核力就迅速减小到零，所以核力是一种短程力.2. 重核和轻核排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫做重核；排在比较靠前的叫轻核.再判断1 核力有时表现为引力，有时表现为斥力.（V）2. 原子核中的中子数又称为原子序数.（X ）3. 所有的原子核中中子数等于质子数.（X ）后思考原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力，不相邻的核子间不存在 核力，这是为什么?【提示】因为核力是短程力，作用范围在 2X10-15 m左右，原子核内相邻核子间距在这个范围内，而不相邻核子间距已超过0.5X 10-152X 10-15 m,故不存在核力作用1 四种

3、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 程力弱相互作用：弱相互作用是引起原子核 B衰变的原因，即引起中子 一质 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 10-18 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

4、) 核力是短程力.约在10-15 m数量级时起作用，距离大于0.8X10-15 m时 为引力，距离小于0.8X 10-15 m时为斥力，距离为10X10-15 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.

5、 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 核力是弱相互作用的一种表现【解析】由核力的特点知道，只有相距

6、1.5X10-15 m的核子之间存在核力，核力是短程力，核力只发生在核子之间，是强相互作用.【答案】 B2. 对原子核的组成，下列说法正确的是 ()【导学号： 55272130】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. 自然界中不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【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 1h, c错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，

7、维系原 子核的稳定，故 D 正确 .【答案】 D3. (多选)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【解析】 由稳定核的质子数与中子数的关系图象可知，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；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】BD1. 核力是强相互作用力，只存在于相邻核子之间.2

8、. 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a1识点先填空1. 两个典型核反应方程(1) 用丫光子照射氘核，使它分解的核反应方程为：2 1 1汁 1H f 1H + On定.(X )3 由于核反应存在质量亏损，所以反应前后质量不守恒，但能量是守恒的.(X)后思考有人认为所有的核反应都伴随着质量亏损. 故都释放核能，这种说法对吗？【提示】 不对.例如一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要用 丫光 子照射获得等于或大于2.2 MeV的能量，这个核反应才能实现.可见有的核反应释放能量，有的核反应吸收能量，无论是吸收的还是放出的能量在核反应中均 称

9、为核能.1. 平均结合能与原子核稳定的关系(1) 平均结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，平均结合能越大，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，平均结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示原子核较稳定(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. 对质量亏损的理解(1) 在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒的规律.核反应中的质量亏损，并不是这部分质

10、量消失或质量转变为能量.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.(2) 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.3. 对质能方程的理解(1) 爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系AE= Amc2,或物体的质量与其总能量的数量关系E= mc2，此方程揭示了质量和能量不可分割，二者在数值上存在着简单的正比关系.(2) 切记不要误认为亏损的质量转化为能量.核反应过程中质量亏损，是静第5页止的质量减少，辐射丫光子的动质量刚好等于亏损的质量， 即反应前后仍然遵循 质量守恒和能量守恒4核能的计算(1)

11、 根据爱因斯坦的质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(Am)的千克数乘以真空中光速的平方(c= 3X108 m/s),即卩AE= Amc2.(2) 根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏特(MeV)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AE=AmX 931.5 MeV.4下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有()A 核子结合成原子核时放出能量，拆解原子核要吸收能量B平均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，重核的结合能和平均结合能都大D. 中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要小【解

12、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 正确；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均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平均结合能比重核大， 但由于核子数比重核 少，其结合能比重核反而小， B、C 选项错误；中等质量原子核的平均结合能比 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， D 选 项错误【答案】 A5(多选 )关于质能方程，下列哪些说法是正确的 ()【导学号： 55272131】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

13、量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D 定量的质量总是与一定量的能量相联系的【解析】质能方程E= mc2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AE=Amc2进行计算，故B、D对.【答案】 BD6取质子的质量 g二 1.672 6X1O_27 kg,中子的质量 mn= 1.674 9X 10一27 kg , a粒子的质量ma= 6.646 7X1。27 kg,光速c= 3.0X 108 m/s.请计算a粒子的结合 能 (计算结果保留两位有效数字 )【解析】 组成a粒子的核子与a粒子的质量差如=(2mp+ 2mn) ma结合能AE= Amc2代入数据得AE= 4.3X 1012 J.【答案】4.3X1012 J核能的两种计算方法1 若以kg为质量亏损Am的单位，则计算时应用公式 圧二Amc22.若以原子单位“ 为质量亏损单位，则 AE= AmX 931.5 MeV.3 .两种方法计算的核能的单位分别为“ J”和“ MeV ” ，1 MeV =619131 X 106X 1.6X 1019 J= 1.6X 10 J第 8 页(2)个中子和一个质子结合成氘核的核反应方程为：1 1