2022年高中物理第章原子核原子核的结合能教师用书教科版选修- .pdf

1 4. 原子核的结合能学 习 目 标知 识 脉 络1. 知道原子核的结合能及质量亏损，并能用质能方程进行计算 (重点、难点 ) 2. 知道比结合能的概念，知道比结合能越大的原子核越稳定，了解比结合能曲线的意义 ( 重点 ) 原 子 核 的 结 合 能 及 其 计 算 先填空 1结合能核子结合成原子核所释放的能量2质能关系式：(1) 物体的能量与其质量的关系式Emc2. (2) 能量计算Emc2. 3质量亏损核反应中的质量减少称为质量亏损 再判断 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质量亏损是因为这部分质量转化为能量( )3质能方程Emc2表明了质量与能量间的一种对应关系( ) 后思考 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】不对在核反应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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 2 1对质量亏损的理解质量亏损， 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射出去了物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为 Emc2. 2核能的计算方法(1) 根据质量亏损计算根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损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. 1一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出 光子，核反应方程是11H10n21H，以下说法中正确的是( ) A反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B反应前后的质量数不变，因而质量不变C反应前后质量数不变，但会出质量亏损D 光子的能量为mc2，m为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度E因存在质量亏损m，所以“物质不灭”的说法不正确【解析】核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损， 反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒， 但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C、D. 【答案】ACD 2关于质能方程，下列哪些说法是正确的( ) 【导学号： 11010045】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，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D一定量的质量总是与一定量的能量相联系的E物体的质量减少，总能量也随之减少【解析】质能方程Emc2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 Emc2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 3 进行计算，故B、D、E对【答案】BDE 3 (2015江苏高考 ) 取质子的质量mp1.672 61027kg， 中子的质量mn1.674 91027 kg ， 粒子的质量m6.646 7 1027 kg ，光速c3.0 108 m/s. 请计算 粒子的结合能 ( 计算结果保留两位有效数字) 【解析】组成 粒子的核子与 粒子的质量差m(2mp2mn) m结合能 Emc2代入数据得E4.3 1012 J. 【答案】4.3 1012 J 核能的两种单位两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV ”，1 MeV11061.6 10 19 J 1.6 1013 J. 比 结 合 能 先填空 1比结合能原子核的结合能E除以核子数A，EA称为原子核的比结合能，又叫平均结合能2核聚变和核裂变(1) 核聚变：两个轻核结合成较重的单个原子核时会释放能量，这样的过程叫核聚变两个氘核的聚变：21H21H21He. (2) 核裂变：一个重核分裂为两个( 或多个 ) 中等质量的核时释放出能量，这样的过程叫核裂变 再判断 1原子核的核子数越多，比结合能越大( )2比结合能越大，原子核越稳定( )3由比结合能曲线可知，核聚变和核裂变两种核反应方式都能释放核能( ) 后思考 裂变反应发生后，裂变反应生成物的质量增加还是减小？为什么？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 4 【提示】减小裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后的质量减小比结合能与原子核稳定的关系(1) 比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，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，都能释放出巨大的核能4下列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，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E中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大【解析】核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，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； 中等质量原子核的比结合能比轻核的大，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，E选项正确【答案】ABE 5如图 3-4-1 所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 ( ) 图 3-4-1A将原子核A分解为原子核B、C一定放出能量B将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 5 E将原子核F、C结合成原子核B时一定吸收能量【解析】因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A正确，同理可得B、D错， C、E正确【答案】ACE 6当两个中子和两个质子结合成一个 粒子时，放出28.30 MeV 的能量，当三个粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV 的能量，则当6 个中子和6 个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为_【解析】6个中子和 6个质子可结合成3个 粒子，放出能量 328.30 MeV 84.9 MeV ，3 个 粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6 个中子和6 个质子结合成一个碳核时，释放能量为849 MeV7.26 MeV 92.16 MeV. 【答案】92.16 MeV 对比结合能曲线的理解由曲线可知中等质量的核的比结合能最大，核最稳定 质量较大的重核裂变成中等质量的核要释放能量，质量较小的轻核聚变时也要释放能量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -