选修35讲义第四章第四节核力与结合能.docx

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1、第四节核力与结合能1 .组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结 合在一起，这种力称为核力。2 .核力是一种短程力X 10-152义10一二 m的距离内主要表现为引力X10-15 m的距离 内，核力又转变为强大的用力。3 .原子核中的质壬数又称为原子序数，排在周期表比拟靠后的元素对应的原子核叫重 核，排在周期表比拟靠前的元素对应的原子核叫轻核。4 . 一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数相笠，大多数重核是中子多于质子。5 .要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功,需要供应肯定的能量。反之，核子结 合成原子核时会放出肯定的能量，这个能量叫作原子核的结合能。6

2、.原子核的结合能与核壬数之比称为该原子核的平均结合能，它反映了原子核结合的 紧密程度,平均结合能越大,核越稳定。知识点一核力及其性质组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合 在一起，这种力称为核力。7 .核力的性质8 1)核力是一种很强的力，是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑 力大得多。Xiorsm时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。9 3)核力与核子是否带电无关，在原子核中，质子与质子，中子与中子，中子与质子间 的核力大致相等。10 )核力是一种具有饱和性质的交换力，即一个核子只与邻近的几个核子作用，而不是 和原子核内全部核子作用。

3、这种性质称为核力的饱和性。/,圣 /11 )自然界中最根本的四种相互作用是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。其中，引力相互作用和电磁相互作用是长程力，强相互作用和弱相互作用是 短程力。答案溜Rn-猎Po+2He贷(M+小川沈2Mc210.初)P。原子核的质量为209982 87u,亚Pb原子核的质量为205.974 46 u, ?He原子 核的质量为4.002 60 u,静止的第P。核在a衰变中放出a粒子后变成说Pb,求：在衰变过程中释放的能量；(2)a粒子从Po核中射出时的动能；(3)反冲核的动能(1 u相当于931.5 MeV,且核反响释放的能量只转化为动能)。解析：衰

4、变方程讲P。-他Pb+2He。衰变过程中质量亏损为：Am=209.982 87 u-205.974 46 u-4.002 60 u=0.005 81 Uo释放的能量为：AE=0.005 81X 931.5 MeV=5.412 MeVo(2)因衰变前后动量守恒，那么衰变后a粒子和铅核的动量大小相等，方向相反，那么段=肃第=豁=宜 206故 4Eka=206kPb又因核反响释放的能量只转化为两者的动能，故：ka+kPb=AE=5.412 MeV由得a粒子从针核中射出时的动能均j 5.309 MeV(3)反冲核的动能Ekpb=0.103 MeVo答案：(1)5.412 MeV (2)5.309 Me

5、V(3)0.103 MeV(2)弱相互作用，作用范围在1018 m以内，作用强度比电磁力小，是引起原子核0衰 变的缘由，即引起中子一质子转变的缘由。部卷试应用HAGSHI YZ1 .关于核力的说法正确的选项是()A.核力同万有引力没有区分，都是物体间的作用B.核力就是电磁力C.核力是短程力，作用范围在2X10-5 m之内D.核力与电荷有关解析：选C 核力是短程力，超过2X1015 m,核力急剧下降几乎消逝，故C项对。 核力与万有引力、电磁力不同，故A、B两项不对。核力与电荷无关，故D项错。知识点:重核与轻核、质量亏损(1)重核：排在周期表比拟靠后的元素对应的原子核叫重核。(2)轻核：排在周期表

6、比拟靠前的元素对应的原子核叫轻核。(3)排在第83号元素锡之后的原子核都不稳定，它们自动分解或衰变成更轻的原子核， 排在第92号元素铀之后的原子核非常不稳定，无法在自然状态下存在。2 .质量*7损(1)定义：原子核的质量小于组成原子核的核子质量之和的现象称为质量亏损。(2)理解：所谓质量亏损并不是局部质量消逝，或质量转变为能量，而是指静止质量发 生了变化。物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损时，削减的静止质量转化为和 辐射能量相联系的运动质量。3 .质能方程(1)公式：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系，其关系 是=机。2(或者 AE=Amc2)这就是闻名的爱因斯

7、坦质能联系方程，简称质能方程。(2)进一步理解：质能方程揭示了质量和能量不行分割，肯定质量的物体所具有的能量是确定的，等 于光速的平方与其质量的乘积。质量和能量是物质的属性之一，质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量，可 相互转化，质量不能转化为能量，能量也不会转化为质量。/,房槌一点/(1)核反响中遵循质量守恒和能量守恒，质量亏损并不违反质量守恒。(2)质量亏损也不是核子个数的削减，核反响中核子个数是不变的。2.以下说法中，正确的选项是()A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B.由旧=m。2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所隐藏的能量

8、的量度C.核反响中发觉的“质量亏损”是消逝的质量转变成为能量D.因在核反响中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒解析：选B 6=机2说明能量与质量之间存在着正比关系，并不能说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A错B对。质量亏损是由静止的质量变成运动的质量，并不是 质量转化成能量，故C错。核反响中质量守恒，能量也守恒，故D错。知识点二结合能(1)概念：由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功, 也就是说需要供应肯定的能量。反之，依据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出肯定 的能量。我们把这个能量叫作原子核的结合能。理解：一个

9、气核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于2.2 MeV,可用y光子照耀获得。核反响方程为丫+汨*|H+Jno相反的过程，当一个中子和一个质子结合成一个笊核时会释放出2.2 MeV的能量。这个能量以y光子的形式辐射出去。核反响方程为lH+和一汨+了。2.平均结合能(1)概念：原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能。(2)意义：平均结合能的大小能够反映核的紧密程度。平均结合能越大，原子核就越难 拆开，表示该核越稳定。(3)规律：核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比拟小；中等核子数 的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定。3.结合能的计算(1)依据国际单位

10、制计算。依据核反响方程，计算核反响前和核反响后的质量亏损Amo依据爱因斯坦质能方程AE=A/nc2计算核能。其中A/n的单位是千克，AE的单位是 焦耳。(2)依据有用单位计算。明确原子单位u和电子伏特间的关系1 u= 1.660 6X10=7 kg,ieV = 1.602 178X10-19 JAE=1.660 6X1()27X(X108)21.602 178X10- 19eV= 931.5 MeVo依据1原子质量单位(U)相当于931.5 MeV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AE=A)%X931.5 MeV。其中Am的单位是u, AE的单 位是

11、MeVo(3)依据能量守恒和动量守恒来计算核能。参加核反响的粒子所组成的系统，在核反响过程中的动量和能量是守恒的，因此，利 用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。房植一直(1)留意区分结合能与电离能。要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、 给予光子等途径让它得到13.6eV的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能， 不过通常把它叫作氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中。(2)单个核子无结合能，如履。卷试应用HAGSHI YZ3.多项选择对结合能、平均结合能的熟悉，以下说法正确的选项是()A. 一切原子核均具有结合能B.自由核子结合为原子核时，可

12、能汲取能量C.结合能越大的原子核越稳定D.平均结合能越大的原子核越稳定解析：选AD 由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量，反之， 将原子核分开变为自由核子需要给予它相应的能量，该能量即为结合能，但它的平均结合 能不肯定大，平均结合能的大小反映了原子的稳定性。故B、C错，A、D正确。对原子核结合能和平均结合能的理解例1以下关于结合能和平均结合能的说法中正确的选项是()A.核子结合成原子核汲取的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B.平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也肯定越大C.重核与中等质量原子核相比拟，重核的结合能和平均结合能都大D.中等质量原子核的结合能和

13、平均结合能均比轻核的要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汲取能量，A错；平均结 合能越大的原子核是越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不肯定大，例如中等 质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C错; 中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，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，D正确。答案D/借/题/发/挥/(1)核子结合成原子核时，核力做正功，放出能量；原子核拆解成核子时，克服核力做 功，汲取能量。(2)平均结合能大的原子核稳定，但平均结合能大的原子核，其结合能不肯定大，由于 其核子数不肯定多。:跟踪演练1 .如

14、下图，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，据此以下说法中正确的选 项是()A.重的原子核，例如铀核好U,由于它的核子多，核力大，所以结合得结实而稳定B.锂核Li的核子的比结合能比铀核的比结合能小，因而比铀核结合得更结实更稳定C.原子核结合的松紧程度可以用“比结合能”来表征，比结合能的定义是原子核的结合能与其核子数之比，比结合能越大的原子核越稳定D,以上三个表述都错误解析：选C原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，而组成 原子核的核子越多，它的比结合能并不是越大，只有当比结合能越大，原子核中的核子结 合的越坚固，原子核越稳定，故C正确，A、B、D错误。寿向二核能的计算例2

15、一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2 u)放出一个a粒子(原子质量为 4.002 6 11)后衰变成牡核228X 10-27 kgj u相当于 931 MeV)(1)写出核衰变反响方程；(2)算出该核衰变反响中释放出的核能；(3)假设反响中释放出的核能全部转化为社核和a粒子的动能，那么包核获得的动能有 多大？解析 23292U-22890Th+2He。(2)质量亏损 Am=0.005 9 uAE=A/wc2=0.005 9X931 MeV=5.49 MeVo(3)系统动量守恒,包核和a粒子的动量大小相等，即PTh + (a) = 0PTh=Pa所以社核获得的动能EkTh=-

16、X A=J.义 AE=0.09 MeV。 I WTh4-rZZo答案(1)23292U-22890Th+?He (2)5.49 MeV(3)0.09 MeV/曲题/发/挥/依据A=Amc2进行的计算一般有以下两种方法：(1)Am的单位用千克，cX108m/s,此时能量AE的单位为焦耳。(2)Am的单位为1原子质量单位(U),此时AE=AmX931.5 MeV。GENZONGYA、跟踪演练2 .(海南高考节选)运动的原子核2X放出。粒子后变成静止的原子核丫。X、Y和a粒 子的质量分别是M、，为和机2,真空中的光速为c, a粒子的速度远小于光速。求反响后与 反响前的总动能之差以及a粒子的动能。解析

17、：反响后由于存在质量亏损，所以反响前后总动能之差等于质量亏损而释放出的 能量，故依据爱因斯坦质能方程可得5n2 唬一/=(M m牝)。2反响过程中三个粒子组成的系统动量守恒，故有1股联立可得57n2%=M 2(M m1 一切2)。2。M ，-Mmm2)c2Mmi课堂小结概念核力特点核力与 -_ 厂I概念结合谕 重1 核质子与中子画|-|质量亏损-gg一I平均结合能YINGYONG一、选择题（第15题为单项选择题，第68题为多项选择题）1 .（北京高考）以下核反响方程中，属于a衰变的是（）AJ47N+如 e-8O + IHB.23892U-23490Th+HeCXH+汨f?He+AnD.2349

18、0Th23491Pa+ O-ie解析：选B a衰变是放射性元素的原子核放出a粒子He）的核反响，选项B正确。2 .关于核力以下说法正确的选项是（）A.核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核B.由于质子带正电，所以质子之间存在相互排斥的核力C.核力是一种弱相互作用D .任何核子之间都有核力解析：选A 核力是一种强相互作用，故C错；核力是一种具有饱和性质的变换力， 即一个核子只与邻近的几个核子作用，故D错；核力与核子是否带电无关，有时表现为引 力，有时表现为斥力，故B错。3 .氯原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和 核力，那么3种力从大到小的排列挨次是（）A

19、.核力、万有引力、库仑力8 .万有引力、库仑力、核力C.库仑力、核力、万有引力D.核力、库仑力、万有引力解析：选D 在这3种相互作用力中，核力的作用力最强，其次是库仑力，再次是万 有引力，应选D。4.原子质量单位为iijii相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c。当质量分别为 /%i(kg)和m2(kg)的原子核结合为质量为M(kg)的原子核时，释放出的能量是()A. (Mmim2)9c2 JB. (mi+/W2Af) X 931.5 JC.(m1+机2Af)*c2 JD. (/ni+m2-M)X 931.5 eV解析：选C 在计算核能时，假如质量的单位是kg,那么用AE=Amc2进行

20、计算，能 量单位是J;假设质量单位是U,那么利用A=A/nX931.5MeV进行计算，应选项C正确。5 .中子n、质子p、笊核D的质量分别为机n、/)、wdo现用光子能量为E的丫射线 照耀静止笈核使之分解，反响方程为Y+D=p+n。假设分解后的中子、质子的动能可视为 相等，那么中子的动能是()A.1(mDmPmn)c2B.K/Wp+mnniD)c2+C.1(mDmPmn)c2+D.1(mP+mnmD)c2解析：选C 核反响中的质量亏损AAn = 7WD 7p 一孙】那么核反响中释放的能量AE=mc2=-znp-mn)c2设中子的动能为Ek,据能量守恒定律可得：A+=2Ek:.Ek=1(AE+E

21、)=l(mDmPmn)c2+Eo6 .跟核反响有关的以下熟悉中，正确的选项是()A.在核反响方程中质量数与电荷数都守恒B.全部的核反响发生过程中质量都会削减C.全部的核反响都肯定是放能反响D.有质量亏损的核反响肯定是放能反响解析：选AD 全部核反响方程中质量数与电荷数都守恒，那么A正确；核反响中有 的质量亏损，放出能量，有的质量增加，汲取能量，那么B、C错，D对。7 .为纪念爱因斯坦对物理学的巨大奉献，联合国将2005年定为“国际物理年。对 于爱因斯坦提出的质能方程，以下说法中正确的选项是()A. E=zc2说明物体具有的能量与其质量成正比8 .依据AE=A/mc2可以计算核反响中释放的核能C

22、. 一个中子和一个质子结合成笊核时，释放出核能，说明此过程中消失了质量亏损D. =机。2中的是发生核反响中释放的核能解析：选ABC片=机。2中的表示物体具有的总能量，机表示物体的质量，故A正 确，D错；对于AE=Aic2表示的意义是当物体的能量增加或减小ae时，它的质量也会相 应她增加或削减Am,故B正确；只有当消失质量亏损时，才能释放核能，故C正确。8 . 一静止的铝原子核召X 1()7 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核省Si*。以下 说法正确的选项是()A.核反响方程为p+WAl-省Si*B.核反响过程中系统动量守恒C.核反响过程中系统能量不守恒D.核反响前后核子数相等，所以生成

23、物的质量等于反响物的质量之和解析：选AB 核反响过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反响方程为p+WAl-召 Si*, A正确。核反响过程中遵从动量守恒和能量守恒，B正确，C错误。核反响中发生质 量亏损，生成物的质量小于反响物的质量之和，D错误。二、非选择题9 .一静止的氮核(诏Rn)发生a衰变，放出一个速度为处，质量为m的a粒子和一个 质量为M的反冲核针(Po),假设氮核发生衰变时，释放的能量全部转化为a粒子和针核的 动能。(1)写出衰变方程；(2)求出反冲核的速度；(用字母表示)(3)求出这一衰变过程中亏损的质量。(用字母表示)解析：(1)设生成物的原子核。X,依据质量数守恒4 = 2224=218,据电荷数守恒Z= 86-2=84即原子序数为84是针(Po),核反响方程为解 Rn f 讲 Po+2He。(2)设针核的反冲速度大小为v9由动量守恒定律，得0=/noomvV=MQ(3)在衰变过程中产生的核能由质能方程NE=mc2可知质量亏损为