高中物理 第4章 波与粒子 第1节 核力与核能教师用书 鲁科版选修3-5

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，知道核反应中的质量亏损(难点)4.掌握爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系(重点)5.能应用质能方程进行计算(重点)核 力 与 核 的 稳 定 性先填空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_fm(1 fm1015 m)左右，它不能延伸到3_fm以外(2)当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力(3)核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1 fm，库仑力是200_N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用3核素具有相同质子数和相同中子数的原子核称为核素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再判断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()后思考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子间存在核力核心点击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不足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，但有相互吸引的核力，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，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，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关于核力，下列说法中正确的是()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原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用E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距离的增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故B正确；核力是短程力，只有在2.01015 m左右的范围内起作用，故A正确，D错误；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，E错误【答案】ABC2.核子结合成原子核的下列说法中，正确的是()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，其间势能一定减小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E原子核内的相邻核子间的核力与核子是否带电无关【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，E正确；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.81015 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，形成原子核后距离一般不小于0.81015 m，故C正确；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但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】CDE结 合 能 与 平 均 结 合 能先填空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，原子核越难分离成单个核子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.再判断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，核子结合得越牢固，原子越稳定()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核心点击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牢固，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应中原子核的总质量并不相等例如，精确计算表明：氘核的质量比一个中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应中才能明显地表现出来m是核反应前与核反应后的质量之差(2)质能方程Emc2爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系，即Emc2，式中c为真空中的光速爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的(3)核反应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下列关于平均结合能的说法不正确的是()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平均结合能越大，原子核越稳定E中等质量的原子核平均结合能较大【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，E正确平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确【答案】ABC4关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是()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，在核反应中亏损的质量m转化成能量E放出D由Emc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量被放出的能量带走E在公式Emc2中，质量亏损m与放出的核能E只是一种对应关系，并不是m转化成能量E了【解析】爱因斯坦的质能方程Emc2表明，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表明，在核反应中亏损的质量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、E正确【答案】BDE5三个粒子结合成一个碳C，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u(1 u1.661027 kg) 【导学号：18850051】(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少MeV?【解析】(1)3HeCE(2)m34.002 6 u12.000 0 u0.007 8 um0.007 81.661027 kg1.294 81029 kgEmc21.1651012 J.(3)EeV7.28106 eV7.28 MeV.【答案】(1)3HeCE(2)1.1651012 J(3)7.28 MeV核能的两种单位换算技巧(1)若以kg为质量亏损m的单位，则计算时应用公式Emc2.(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则Em931.5 MeV.(3)两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV11061.61019 J1.61013 J.