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第四节 核力与结合能,目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,二,一,一、核力及其性质 1.核力:是使核子能够克服库仑力而紧密结合在一起的一种强相互作用力. 2.核力的性质 (1)强相互作用力:在它的作用范围内,核力比库仑力大得多. (2)短程力:在约0.510-15210-15 m的距离内表现为引力.大于210-15 m核力迅速减小为零.在小于0.510-15 m的距离内核力又转变为强大的斥力,使核子不融合在一起.,原子核内只有相邻的核子间才存在相互作用的核力,不相邻的核子间不存在核力,这是为什么?,答案:因为核力是短程力,作用范围在210-15 m 左右,原子核内相邻核子间距在这个范围内,而不相邻核子间距已超过0.510-15210-15 m,故不存在核力作用.,目标导航,二,一,预习导引,二、重核与轻核 1.重核 (1)定义:排在周期表比较靠后的元素对应的原子核. (2)核子比例特点:多数重核的中子数多于质子数. 2.轻核 (1)定义:排在周期表比较靠前的元素对应的原子核. (2)核子比例特点:质子数等于中子数.,目标导航,一,预习导引,二,三,目标导航,一,预习导引,二,三,怎样理解爱因斯坦狭义相对论中的质能方程给出的核能的计算方法?,答案:在核反应过程中,质量数虽然守恒,但反应前跟反应后的质量却是不相等的,反应后质量增加的,需要吸收能量;反应后质量减少的,放出能量.不管是吸能反应还是放能反应,都对应有质量的变化,吸收或放出的能量跟质量变化符合质能方程.因此我们理解为爱因斯坦的质能方程给出了核能的计算方法.,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,一、核力与四种基本相互作用 1.核力的理解 组成原子核的核子间的很强的相互作用力叫核力. 核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核. 注意说明:原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡其相互的库仑斥力是不可能的.,2.核力的特点 (1)核力是短程力,只在约1.510-15m的极短距离内有核力的作用,超过这个距离核力就迅速减小到零.由于质子和中子的半径约为0.810-15m,所以每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用. (2)核力是很强的力,它足以克服质子间库仑斥力,使核子结合成原子核. (3)核力与核子是否带电无关.质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用. (4)核力从力的分类上看,属于按性质分的力,而不是按效果分的力,与重力、弹力、摩擦力一样属于性质力.,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,3.四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)四种相互作用 第一种相互作用是万有引力,第二种是电磁力,第三种是原子核内存在的强相互作用的核力,第四种是原子核内存在的弱相互作用的核力. (2)四种基本相互作用的性质,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,知识精要,迁移应用,一,二,典题例解,【例1】 (多选)对于核力,以下说法正确的是( ) A.核力是弱相互作用力,作用力很小 B.核力是强相互作用的表现,是强力 C.核子之间的距离小于0.810-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起 D.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.810-15m时核力的变化规律更清楚,知识精要,迁移应用,一,二,典题例解,解析:要掌握好核力的基本特点,掌握核力与万有引力、电磁力的区别,这是解决核力问题的关键. 核力是强相互作用的一种表现,它的作用范围在 1.510-15m之内,核力比库仑力大得多,因此选项B正确,A错误.核力在大于0.810-15m时表现为吸引力,且随距离增大则减小;在距离小于0.810-15m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,所以选项C正确.人们对核力的了解还不是很清楚,这是科学家们奋力攻克的堡垒,故选项D不正确. 答案:BC,知识精要,迁移应用,一,二,典题例解,迁移应用,典题例解,一,二,知识精要,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,解析:分子力作用范围约在10-10 m数量级上,强相互作用和弱相互作用都是短程力,作用范围在10-15 m和10-18 m之内,在这个距离上分子力不存在.在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在,但由于电磁力远大于万有引力,引力相互作用可以忽略不计,因此分子力本质上属于电磁相互作用.,答案:B,典题例解,知识精要,二,一,1.比结合能与原子核的稳定性 (1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度,比结合能越大,原子核就越难拆开,表示该核就越稳定. (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.,迁移应用,二,一,2.质量亏损 在核反应前后原子核的总质量并不相等.例如,一个质子和一个中子结合成氘核的反应中,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. 3.爱因斯坦质能方程E=mc2 (1)质能方程的意义:爱因斯坦相对论指出,物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系,即E=mc2,式中c为真空中的光速. (2)质能方程的本质 质量或能量是物质的属性之一,绝不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来;,典题例解,知识精要,迁移应用,二,一,质能方程揭示了质量和能量的不可分割性,方程建立了这两个属性在数值上的关系,这两个量分别遵守质量守恒定律和能量守恒定律,质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化; 质量亏损不是否定了质量守恒定律,根据爱因斯坦的相对论,辐射出的光子静质量虽然为零,但它有动质量,而且这个动质量刚好等于亏损的质量,所以质量守恒、能量守恒仍成立. 4.核反应中由于质量亏损而释放的能量E=mc2 物体的能量变化E与物体的质量变化m的关系E=mc2.,典题例解,知识精要,迁移应用,二,一,【例2】 (2014北京理综)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3,当一个质子和一个中子结合成氘核时,释放的能量是(c表示真空中的光速)( ) A.(m1+m2-m3)c B.(m1-m2-m3)c C.(m1+m2-m3)c2 D.(m1-m2-m3)c2,解析:根据爱因斯坦质能方程E=mc2,此核反应放出的能量E=(m1+m2-m3)c2,故C正确.,答案:C,典题例解,知识精要,迁移应用,二,一,典题例解,知识精要,迁移应用,二,一,1.下列说法正确的是( ) 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E=mc2可知,能量与质量之间存在着正比关系,可以用物体质量作为它所蕴藏的能量的量度 C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量 D.因为在核反应中能产生能量,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 答案:B,迁移应用,典题例解,知识精要,二,一,解析:E=mc2说明能量和质量之间存在着联系,即能量与质量之间存在着正比关系,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A错误,B正确;核反应中的“质量亏损”并不是质量消失,实际上是由静止的质量变成运动的质量,并不是质量转变成能量,故C错误;在核反应中,质量守恒,能量也守恒,在核反应前后只是能量的存在方式不同,总能量不变,在核反应前后只是物质由静质量变成动质量,故D错误.,迁移应用,典题例解,知识精要,二,一,2.(多选)关于原子核的结合能,下列说法正确的是 ( ) A.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 B.一重原子核衰变成粒子和另一原子核,衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 D.比结合能越大,原子核越不稳定,迁移应用,典题例解,知识精要,答案:ABC 解析:核子结合为原子核时释放的能量叫做原子核的结合能,则原子核分解为核子时需要的最小能量等于结合能,A项正确;重核衰变时,同时向外释放能量,因此衰变产物的结合能大于原来重核的结合能,B项正确;铅原子核中的核子数量多,结合能也就大,C项正确;比结合能越大,原子核越稳定,D项错误.,知识链接,案例探究,类题试解,核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题,其基本方法: 1.根据质量亏损计算,步骤如下: (1)根据核反应方程,计算核反应前和核反应后的质量亏损m. (2)根据爱因斯坦质能方程E=mc2或E=mc2计算核能. (3)计算过程中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 (1)正确写出核反应方程或明确题设的核反应方程中各原子核、粒子的个数; (2)以原子质量单位(u)为单位,计算反应前后的质量差(即质量亏损)m(u); (3)根据爱因斯坦质能方程直接应用公式E=m(u)931.5 MeV来计算核能.,知识链接,案例探究,类题试解,案例探究,知识链接,类题试解,在正、负电子“湮灭”的实验中,产生的两个光子的总能量为多少?已知me=0.000 549 u.,答案:1.02 MeV,案例探究,知识链接,类题试解,类题试解,案例探究,知识链接,类题试解,案例探究,知识链接,
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