核力与结合能人教版【知识架构+对点训练】 高二物理备课精研提升

5.3核力与结合能基础导学要点一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核．这种作用称为强相互作用。2．强相互作用的特点(1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15m。(2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15m，相互作用不存在。3．弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m。4．四种基本相互作用要点二、结合能与质量亏损（一）结合能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，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定。（三）质量亏损1．质能方程：物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。2．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。要点突破突破一：四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β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10－18m，作用强度则比电磁力小。突破二：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10－15m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15m时为引力，距离小于0.8×10－15m时为斥力，距离为10×10－15m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。突破三：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，其中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。(2)形成原因：①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。②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。③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。突破四：结合能和比结合能结合能把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小2.质量亏损核能的计算（1）质量亏损Δm的理解：所谓质量亏损，并不是质量消失，而是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。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。3．质能方程E＝mc2的理解(1)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。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ΔE＝Δmc2。(2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位。但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1u对应931.5MeV能量。典例精析题型一：核力例一．下列的若干叙述中，正确的是（）A．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子核内有复杂的结构变式迁移1：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A．引力相互作用B．电磁相互作用C．强相互作用和弱相互作用的共同作用D．四种基本相互作用的共同作用题型二：结合能与质量亏损例二．2021年5月28日，中科院合肥物质研究院的EAST装置，首次使中国“人造太阳”等离子体的电子温度达到1.2亿度，维持了101秒。已知中国“人造太阳”中的核反应方程是，H的比结合能为1.09MeV，H的比结合能为2.78MeV，由此可知He的比结合能为（）A．7.03MeV B．5.56MeV C．4.36MeV D．3.87MeV变式迁移2：下列说法中正确的是（）A．比结合能越大表示原子核中的核子结合得越牢固B．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能增大，原子总能量减小C．β射线为原子的核外电子电离后形成的电子流D．放射性元素衰变的快慢不仅与原子核内部自身的因素有关，还跟原子所处的化学状态和外部条件有关强化训练选择题1．一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为→＋。下列说法正确的是（）A．衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B．衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C．铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D．衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量2．下列对物理知识的理解正确的有（）A．射线的穿透能力较弱，用厚纸板就能挡住B．动能相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等C．放射性元素钋的半衰期为138天，的钋经276天，已发生衰变的质量为D．质子、中子、粒子的质量分别为、、，两个质子和两个中子结合成一个粒子释放的能量是3、（多选）原子比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的有（）A．比结合能大于，所以可以裂变成而放出核能B．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．比更稳定，结合能更大D．平均核子质量小于4、目前人类探索太空需要用核电池对探测器提供电能和热能，某“核电池”是利用放射性元素钚238（）发生衰变释放的能量工作，其衰变方程为，钚238的半衰期为88年，下列说法正确的是（）A．m=92，n=4，比的中子数多4B．的结合能小于与的结合能之和C．400个钚238经过176年还剩下100个D．若改变238钚的温度、浓度及其所受的压力，它的半衰期将会改变5、2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。若某次聚变反应是4个氢核H结合成1个氦核He，同时释放出正电子e。已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为me，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（）A．（4mp-mα-me）c2 B．（4mp-mα-2me）c2C．（4mp+mα-me）c2 D．（4mp+mα-2me）c26、科学研究表明，香烟会释放一种危险的放射性元素钋（），如果每天抽2包香烟，一年后累积的辐射量相当于400次胸透的辐射量。的半衰期是138天，可以连续发生一次α衰变和一次β衰变后产生新核X。下列说法正确的是（）A．制做香烟时可以通过升高温度减小的半衰期，从而减小辐射对人体的伤害B．吸烟时因为发生化学反应，所以的半衰期会减小C．发生衰变时，会发生质量亏损D．新核X的中子数是206，电荷数是837、近代物理和相应技术的发展，极大地改变了人类的生产和生活方式推动了人类文明与进步。关于近代物理知识下列说法正确的是（）A．若氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应，则氢原子从能级向能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应B．查德威克预言了中子的存在，卢瑟福通过实验发现了中子C．玻尔理论成功解释了大量原子光谱规律，其局限性在于保留了经典粒子的观念D．钋（）是氡（）的衰变产物之一，故钋（）的比结合能大于氡（）的比结合能8、下列说法正确的是（）A．汤姆孙通过α粒子散射实验，提出了原子具有核式结构B．一群处于n=4能级上的氢原子向低能级跃迁时最多产生4种谱线C．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定D．在核反应中，质量数和电荷数都守恒9、考古学上利用“碳钟”，也就是利用来推测古文物产生的年代。已知的衰变产物中有稳定的，的半衰期为年，下列说法正确的是（）A．的衰变方程为B．该衰变过程中原子核内减少一个中子C．一个核发生衰变释放的核能为为原子的质量，为光速D．已经死亡年的古树中不会含有原子10、中国实验快堆是第四代核能系统的优选堆型，采用钚（）作燃料，在堆心燃料钚的外围再生区里放置不易发生裂变的轴（），钚-239裂变释放出的快中子被再生区内的铀-238吸收，转变为铀-239，铀-239极不稳定，经过衰变，进一步转变为易裂变的钚-239，从而实现核燃料的“增殖”。下列说法正确的是（）A．铀-239转变为钚-239，经过了3次衰变B．铀-239发生衰变过程中，电荷数守恒，质量也守恒C．铀-239发生衰变的实质是原子核内的中子转化为一个质子和一个电子D．钚（）裂变生成两个中等质量的核，钚核的比结合能大于生成的两个核的比结合能11、运动的原子核X放出α粒子后变成静止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的质量分别是M、m，α粒子的动能为E，真空中的光速为c，α粒子的速度远小于光速。则在上述核反应中的质量亏损是（）A． B．EC．E D．E12、核能作为一种新能源在现代社会中已不可缺少．核泄漏中的钚是一种具有放射性的超铀元素，它可破坏细胞基因，提高患癌症的风险。已知钚的一种同位素的半衰期为24100年，其衰变方程为，下列有关说法正确的是（）A．X原子核中含有90个质子B．100个经过24100年后一定还剩余50个C．由于衰变时释放巨大能量，根据，衰变过程总质量增加D．衰变发出的射线是波长很短的光子，具有很强的