第19章 5　核力与结合能

1、.5核力与结合能学 习 目 标知 识 脉 络1.理解四种根本互相作用，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展计算重点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难点核 力 与 四 种 基 本 相 互 作 用1核力原子核内核子之间的互相作用力2核力的特点1核力是强互相作用的一种表现，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3四种根本互相作用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

2、受的万有引力和电磁力可以到达平衡2核力是强互相作用，在任何情况下都比库仑力大3弱互相作用是引起原子核衰变的原因四种根本互相作用分别在不同尺度上发挥作用，将他们按照作用间隔 由小到大排列，应怎样排列？【提示】弱互相作用的作用间隔 为1018 m，强互相作用的作用间隔 为1015 m，电磁力主要表达在原子、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：弱互相作用、强互相作用、电磁互相作用、万有引力讨论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

3、越大，两者相差越大讨论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1四种根本互相作用在不同尺度上发挥作用1引力互相作用，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，并且联络着星系团，决定着宇宙的现状万有引力是长程力2电磁互相作用：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：即强互相作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力4弱互相作用：弱互相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互相作用也是短程力，其力程比强力更短，为1018 m，作用强度

4、那么比电磁力小2核力的性质1核力是四种互相作用中的强互相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，间隔 大于0.81015 m时为引力，间隔 小于0.81015 m时为斥力，间隔 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：假设质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的间隔 增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小

5、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缺乏以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了假设只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有互相吸引的核力，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，假设再增大原子核，一些核子间的间隔 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多项选择对核力的认识，以下说法正确的选项是A任何核子之间均存在核力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

6、小于0.81015 m为斥力【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】BD2多项选择对原子核的组成，以下说法正确的选项是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【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正确. 【答案】CD3

7、关于原子核中质子和中子的说法，正确的选项是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、B均错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故C错误，D正确【答案】D(1)核力是强互相作用力，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

8、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结实，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说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】不对在核反响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

9、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讨论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.讨论2：核反响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比结合能的大小可以反映原

10、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，都能释放出宏大的核能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亲密的联络，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

11、射出去了物体质量增加，那么总能量随之增加；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响方程，计算核反响前后的质量亏损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多项选择以下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

12、，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【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【答案】AB5多项选择对公式Emc2的正确理解是 【导学号：54472085】A假如物体的能量减少了E，它的质量也一定相应减少mB假如物体的质量增加了m，它的能量也一定相应增加mc2Cm是某原子核在衰变过程中增加的质量D在把核子结合成原子核时，假设放出的能量是E，那么这些核子与组成的原子核的质量之差就是m【解析】一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了E，它的质量也一定相应减少m，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；假如物体的质量增加了m，它的能量也一定相应增加mc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误【答案】ABD6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