第4章 第1节 核力与核能

1、.第1节核力与核能 学 习 目 标知 识 脉 络1.认识核素图，知道核力的概念及特点重点2.知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小重点3.理解结合能及平均结合能的概念，知道核反响中的质量亏损难点4.掌握爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能应用质能方程进展计算重点核 力 与 核 的 稳 定 性1核力把原子核中的核子维系在一起的力2核力特点1核力是短程力，作用范围在2 fm1 fm1015 m左右，它不能延伸到3 fm以外2当两核子间间隔 减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力3核力是一种强互相作用，假设两质子之间的间隔 为1 fm，库仑力是200 N左右，核力

2、必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用3核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子4核素图用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象5核的稳定性1核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域2稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数1原子核内的质子间均存在核力和库仑力×2稳定原子核的质子数总是与中子数相等×3对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？【提示】组成原子核的相邻的核

3、子间存在核力1原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；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形成原因及原子核的稳定性1原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力缺乏以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了这时，不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有互相吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性2核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，假如我们继续增大原子核，一些核子间的间隔 会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，

4、形成的核也一定是不稳定的所以，原子核的大小也受到限制1多项选择关于核力，以下说法中正确的选项是A原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B核力既可能是引力，又可能是斥力C核力对核子做正功，原子核要释放核能D原子核内相距较远的两个核子间没有核力作用，但一定有库仑力作用【解析】核力表现为引力时随核子间间隔 的增大而减小，表现为斥力时使核子不会交融在一起，故B正确；核力是短程力，只有在2.0×1015 m左右的范围内起作用，故A正确；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故C正确；原子核内两核子相距较远时没有核力作用，核内质子与中子间不会有库仑力作用，D错误

5、【答案】ABC2.核子结合成原子核的以下说法中，正确的选项是A原子核内的核子间均存在核力B原子核内的质子间均存在核力和库仑力C当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加D质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用【解析】由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而间隔 大于0.8×1015 m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后间隔 一般不小于0.8×1015 m，故C错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但

6、各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确【答案】D结 合 能 与 平 均 结 合 能1结合能核子结合成原子核所释放的能量2平均结合能1定义：平均每个核子的结合能2意义：平均结合能越大，原子核越难别离成单个核子3质量亏损1质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损2能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为Emc2.1原子核的核子数越多，平均结合能越大×2质量亏损是因为这部分质量转化为能量×3结合能越大，核子结合得越结实，原子越稳定&#

7、215;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1对平均结合能的理解1平均结合能越大，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，中等质量的核平均结合能最大、最稳定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，就要释放核能2质量亏损、质能方程及核能的计算1质量亏损：科学家研究证明在核反响中原子核的总质量并不相等例如，准确计算说明：氘核的质量比一个中

8、子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反响中才能明显地表现出来m是核反响前与核反响后的质量之差2质能方程Emc2爱因斯坦指出，物体的能量E和质量m之间存在着亲密的关系，即Emc2，式中c为真空中的光速爱因斯坦质能方程说明：物体所具有的能量跟它的质量成正比由于c2这个数值非常宏大，因此物体的能量是非常可观的3核反响中由于质量亏损而释放的能量Emc2从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化E与物体的质量变化m的关系：Emc2.3以下关于平均结合能的说法正确的选项是A核子数越多，平均结合能越大B核子数越多，平均结合能越小C结合能越大，平均结合能越大D平均结合能越

9、大，原子核越稳定【解析】中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大，故A、B、C均不正确平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越结实，原子核越稳定，故D正确【答案】D4多项选择关于爱因斯坦质能方程，以下说法正确的选项是AEmc2中的E是物体以光速c运动的动能BEmc2是物体各种形式能的总和C由Emc2知，在核反响中亏损的质量m转化成能量E放出D由Emc2知，在核反响中亏损的静质量转化为动质量被放出的能量带走【解析】爱因斯坦的质能方程Emc2说明，物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，故A错误，B正确Emc2说明，在核反响中亏损的质量m将产生Emc2的能量，只是以另一种形态的质量动质

10、量释放出来，与这部分质量m相对应的能量为mc2，而绝不是质量转化为能量了，故C错误，D正确【答案】BD5三个粒子结合成一个碳C，碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u1 u1.66×1027 kg 【导学号：64772051】1写出核反响的方程；2这个核反响放出的能量是多少焦？3这个能量合多少MeV?【解析】13HeCE2m3×4.002 6 u12.000 0 u0.007 8 um0.007 8×1.66×1027 kg1.294 8×1029 kgEmc21.165×1012 J.3EeV7.28&

11、#215;106 eV7.28 MeV.【答案】13HeCE21.165×1012 J37.28 MeV核能的两种单位换算技巧1假设以kg为质量亏损m的单位，那么计算时应用公式Emc2.2假设以原子单位“u为质量亏损单位，那么Em×931.5 MeV.3两种方法计算的核能的单位分别为“J和“MeV，1 MeV1×106×1.6×1019 J1.6×1013 J.学业分层测评十一建议用时：45分钟学业达标1关于核力的以下说法正确的选项是 【导学号：64772106】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

12、D核力与电荷有关【解析】核力是短程力，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错【答案】C2多项选择以下说法中正确的选项是A质子与中子的质量不等，但质量数相等B两个质子之间，不管间隔 如何，核力总是大于库仑力C同一种元素的原子核有一样的质子数，但中子数可以不同D除万有引力外，两个中子之间不存在其他互相作用力【解析】质子和中子的质量不相等，但差异不大，质量数相等，故A对核子之间的核力随间隔 变化而变化，并不总大于库仑力，故B错同位素之间质子数一样，中子数不同，质量数也不同，故C对核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，但质子与中子之间、中子与中子之间没有库仑力

13、，D错误【答案】AC3多项选择一个质子和一个中子结合成氘核时，产生光子，由此可见A氘核的质量等于质子和中子的质量之和B氘核的质量小于质子和中子的质量之和C核子结合成原子核时会释放核能D原子核分解成核子时会释放核能【解析】由于结合时产生光子，即产生能量，故反响中有质量亏损，但反响过程中质量数守恒，B正确，A错误质子和中子统称核子，该反响为核子结合成原子核的反响，故C对，D错【答案】BC4多项选择关于原子核的结合能与平均结合能，以下说法中正确的选项是 【导学号：64772052】A原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功B原子核的结合能等于核子从原子核中别离，外力抑制核力做的功C平

14、均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能大【解析】原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中别离，需要外力抑制核力做功当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能不同原子核的平均结合能不同重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小综上所述，正确选项为A、B、C.【答案】ABC5多项选择对公式Emc2的正确理解是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

15、D在把核子结合成原子核时，假设放出的能量是E，那么这些核子的质量和与组成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，假如物体的质量增加了m，它的能量一定相应增加mc2，所以选项A、B、D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某核反响方程为HHHeX.H的质量为2.013 6 u，H的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7u，那么X是_，该反响_填“释放或“吸收能量【解析】由题目所给核反响方程式，根据核反响过程质量数、电荷数守恒规律，可得HHHe

16、X，那么X为中子，在该反响发生前反响物的总质量m12.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u，反响后产物总质量m24.002 6 u1.008 7 u5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损根据爱因斯坦的质能方程可知该反响释放能量【答案】中子释放7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_【解析】m1、m2、M的单位是kg，mm1m2M其单位也为kg，由Emc2可得核反响过程释放的能量Em1m2Mc2.【答案】m1m2Mc28如下一系列核反响是在恒星内部发出的，pCNNCepC

17、NpNOONepNC.其中p为质子，为粒子，e为正电子，为一种中微子质子的质量为mp1.672 648×1027 kg，粒子的质量为m6.644 929×1027 kg，正电子的质量为m9.11×1031 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c3.00×108 m/s.试计算该系列核反响完成后释放的能量【解析】将题中的几个核反响方程左右分别相加，消去两边一样的项，上述系列反响等效为：4p2e2，质量亏损m4mpm2m4×1.672 648×1027 kg6.644 929×1027 kg2×9.11×

18、;1031 kg0.043 841×1027 kg，释放的能量Emc20.043 841×1027×3.00×1082 J3.95×1012 J.【答案】3.95×1012 J才能提升9多项选择如图4­1­1是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象以下说法中正确的选项是 【导学号：64772107】图4­1­1A假设D、E能结合成F，结合过程一定释放能量B假设D、E能结合成F，结合过程一定吸收能量C假设A能分裂成B、C，分裂过程一定释放能量D假设A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量【解析】

19、由图可知Fe原子核的核子的平均质量最小，那么原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A正确，选项B错误；因为C、B核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C过程一定要释放能量，所以选项C正确，选项D错误【答案】AC10一个氘核H和一个氚核H结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为m，阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为c，假设1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反响，那么在核反响中释放的能量为_【解析】根据爱因斯坦质能方程，一个氘核H和一个氚核H结合成一个氦核并放出一个中子时释放的能量为mc2,1 mol氘和1 mol氚完全发生上述核反响，释放的能量应为mc2的NA