5.3核力与结合能 学案-2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第三册(含答案)

5.3核力与结合能一学科核心素养物理观念∶了解四种基本相互作用与核力的特点，理解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。科学思维∶理解引力作用是天体间的力（比较显著），电磁相互作用的表现在分子级别上，强相互作用在原子核，弱相互作用又比原子核小很多的级别上。科学探究：通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。科学态度与责任∶学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣和责任。二学习重难点重点：结合能和比结合能、质量亏损。难点：结合能和比结合能。三课前预习1．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___________。(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___________m。②距离增大时，强相互作用急剧___________。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___________力，其力程只有___________m。(4)四种基本相互作用2．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___________，原子核越___________。中等大小的核的比结合能最大，最稳定．3．（1）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源其核反应方程是_______；若，，.则该反应中发生的质量亏损是_______u；如果1u相当于931.5MeV能量，则该反应中释放的能量是_______MeV.由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期______（填“较长”“较短”或“没有变化”）.（2）利用光电转换装置可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是，光电转化效率为.已知太阳辐射的总功率为，太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计，光速为，太阳光射到地球上经历的时间是.试求该太阳能电池能够输出的最大电功率______4．强相互作用的特点（1）强相互作用是_________力，作用范围只有约_________m。（2）距离增大时，强相互作用急剧________。超过10-15m，相互作用不存在。5．（1）在核反应n＋X→H＋He＋ΔE过程中，X是未知核。由核反应知识可以确定X核为____。若n、X核、H和He的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为______；（2）核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是______，缺点是______；（3）有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰。为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站。请用物理学知识，指出建造______类型的发电站更合适，理由是______。6．静止的镭核发生衰变，放出一个α粒子变为氡核Rn，已知镭核的质量为224.0248u，氡核的质量为220.0162u，α粒子的质量为4.0026u。（1u相当于931.5MeV的能量）（1）写出核反应方程________；（2）核衰变放出________MeV的能量（结果保留2位有效数字）。7．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中H的核反应，间接地证实了中微子的存在。（1）中微子与水中的H发生核反应，产生中子（n）和正电子（e），即：中微子＋H→n＋e，可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是______；（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即e＋e→2γ，已知正电子和电子的质量都为9.1×10－31kg，反应中产生的每个光子的能量约为______J。正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是什么？_______。四自我检测1．原子核的比结合能与核子数的关系如图，由此可知（）A．较重的原子核，如铀核（U），因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定B．较轻的原子核，如锂核（Li），因为它的核子只有6个，比铀核简单，因而比铀核结合得更稳定C．核反应过程是比结合能增大的过程D．原子核A和B结合成C，原子核F分裂成E和D，都会释放核能2．1926年，人们首次利用放射性氡进行了示踪技术应用，后来又进行了多领域的生理、病理和药理研究。氡的放射性同位素最常用的是，经过m次α衰变和n次β衰变后变成稳定的、则（）A．，B．衰变方程为Rn→He＋PbC．的比结合能小于的比结合能D．通过改变温度等外部条件，可以控制放射性氡的半衰期3．“玉兔号”月球车上有一种小型核能电池，以提供月球车长时间处于黑夜工作时需要的电能，核能电池中核反应方程为，下列说法正确的是（）A．X是中子 B．X的电离能力比α粒子强C．该核反应为重核的裂变反应 D．的比结合能比的比结合能大4．下列说法正确的是（）A．自由核子结合成原子核时，一定遵守质量守恒定律B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量C．发生核反应时，若反应前的总质量大于反应后的总质量，则这个反应是放能反应D．发生核反应时，若反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必定吸收能量5．核电池是各种深空探测器中最理想的能量源，它不受极冷极热的温度影响，也不被宇宙射线干扰，钚-238同位素温差电池的原理是其发生衰变时将释放的核能转化为电能。已知钚-238衰变方程为。下列说法正确的是（）A．衰变放出的射线是高速氦核流，它的贯穿能力很强B．的核子的平均质量小于的核子的平均质量C．的比结合能小于的比结合能D．的原子核比的原子核多4个中子6．关于原子和原子核，下列说法正确的是（）A．由玻尔的原子模型可知，氢原子所处的能级越高，其核外电子动能越大B．结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定C．放射性元素发生衰变时，元素的半衰期与原子所处的物理或化学状态无关D．氢原子光谱线的频率与氢原子能级的能量差无关7．下列说法不正确的是（）A．在原子核中，结合能越大，原子核中的核子结合的越牢固B．电子的衍射现象说明实物粒子具有波动性C．根据玻尔理论，氢原子由较高能级跃迁到较低能级时，会释放一定频率的光子D．在α､β､γ这三种射线中，γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强8．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（）A．B．C．D．9．现代技术的发展促进了人们对原子、原子核的认识，下列说法正确的是（）A．电子的发现说明原子核内部有复杂结构B．核反应过程中如果核子的平均质量减小，则要吸收能量C．实际上，原子中的电子没有确定的轨道，所以玻尔的氢原子模型是没有实际意义的D．卢瑟福通过实验首次实现了原子核的人工转变，核反应方程为10．首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是LiH→He，已知mLi=7.0160u，mH=1.0078u，mHe=4.0026u，则该核反应方程中的K值和质量亏损分别是（）A．1和4.0212u B．1和2.0056u C．2和0.0186u D．2和1.9970u参考答案：三课前预习1．

强相互作用

10-15

减小

短程

10－182．

牢固

稳定3．

0.0255

23.75

较短

4．