高中物理 第四章 原子核 第四节 核力与结合能同步备课教学案 粤教版选修

我带领班子成员及全体职工，积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习，同时认真学习业务知识，全面提高了自身素质，增强职工工作积极性，杜绝了纪律松散第四节核力与结合能学习目标1.知道核力及其性质.2.知道重核与轻核中中子数与质子数的数量多少关系.3.掌握结合能和平均结合能的概念.4.知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程，并能进行有关核能的计算一、核力及其性质导学探究是什么力克服质子之间的库仑斥力，使核子结合成一个稳固的原子核的？答案核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力知识梳理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核力是一种很强的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的多3核力是一种短程力在约0.5×10152×1015m的距离内主要表现为引力；大于2×1015m的距离时核力就迅速减小为零；在小于0.5×1015m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起即学即用判断下列说法的正误(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的(×)(2)核力是一种很强的作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多()(3)核力是一种短程力，只有在小于厘米级的距离才有核力表现(×)二、重核与轻核导学探究(1)一些较轻的原子核如He、O、C、N中质子数和中子数有什么关系？(2)U、Th等重核中各有多少个中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案(1)质子数与中子数相等(2)U中含有92个质子、146个中子；Th中含有90个质子，144个中子较重的原子核中中子数大于质子数知识梳理自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多即学即用判断下列说法的正误(1)在原子核的组成中，质子数等于中子数(×)(2)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了()(3)在宇宙演化过程中，只有稳定的原子核长久地留了下来()(4)稳定的重原子核里，质子数比中子数多(×)三、结合能导学探究1设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量；氘核分解成质子和中子时要吸收能量2如图1所示是不同原子核的平均结合能随质量数变化的曲线图1(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比平均结合能有什么特点？平均结合能的大小反映了什么？(2)平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？答案(1)中等质量的原子核平均结合能较大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定(2)释放能量知识梳理1对结合能的理解(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把原子核拆散成核子，需要能量，这就是原子核的结合能(2)平均结合能：原子核的结合能与核子数之比称为平均结合能平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定(3)核子数较小的轻核和核子数较大的重核，平均结合能较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能2对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是Emc2.(2)质量亏损质量亏损，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，这时质能方程也写作Emc2.即学即用判断下列说法的正误(1)一切原子核均具有结合能()(2)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高()(3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定(×)(4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量(×)一、对结合能的理解例1下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是()A核子结合成原子核吸收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，因此它的结合能也一定越大C重核与中等质量原子核相比较，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平均结合能均比轻核的要大答案D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均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选项错误；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选项正确1核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大2平均结合能越大表明原子核越稳定一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能大二、质量亏损和核能的计算例2H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量为1.008 665 u求：(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和平均结合能各是多少？答案(1)放出7.97 MeV(2)7.97 MeV2.66 MeV解析(1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是H2nH，反应前各核子总质量为mp2mn(1.007 2772×1.008 665) u3.024 607 u，反应后新核的质量为mH3.016 050 u，质量亏损为m(3.016 0503.024 607) u0.008 557 u.因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量释放的核能为E0.008 557×931.5 MeV7.97 MeV.(2)氚核的结合能即为E7.97 MeV，它的平均结合能为2.66 MeV.1计算过程中m的单位是kg，E的单位是J.2若m的单位是u，E的单位是MeV，可直接利用公式Em×931.5 MeV来计算核能.1下列关于核力的说法正确的是()A核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B核力就是电磁力C核力是短程力，作用范围在2×1015 m之内D核力与电荷有关答案C解析核力是短程力，超过2×1015 m，核力急剧下降几乎消失，故选项C正确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误；核力与电荷无关，故选项D错误2(多选)关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的是()A原子核中质子和中子的个数一定相等B稳定的重原子核里，中子数要比质子数多C原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了D质子和中子可以组合成任意稳定的核答案BC3(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C铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能D平均结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误4已知氮核质量MN14.007 53 u，氧17核的质量MO17.004 54 u，氦核质量MHe4.003 87 u，氢核质量MH1.008 15 u，试判断：NHeOH这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量)答案吸收能量1.2 MeV解析反应前总质量：MNMHe18.011 40 u，反应后总质量：MOMH18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应故E(18.012 6918.011 40)×931.5 MeV1.2 MeV.一、选择题(18题为单选题，9题为多选题)1下列对核力的认识正确的是()A任何物体之间均存在核力B核力广泛存在于自然界中的核子之间C核力只存在于质子之间D核力只发生在相距2×1015 m内的核子之间，大于0.5×1015 m为引力，而小于0.5×1015 m为斥力答案D解析由核力的特点知道，只有相距2×1015 m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误2核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为()A原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C核子间存在着强大的核力D核子间存在着复杂磁力答案C解析核子之间存在核力作用，核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都有核力作用，故伴随着巨大的能量变化，故选C.3原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是()A(Mm1m2) u×c2B(m1m2M) u×931.5 JC(m1m2M)cD(m1m2M)×931.5 MeV答案D4为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，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Emc2，下列说法中不正确的是()AEmc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系B根据Emc2可以计算核反应中释放的核能C一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损DEmc2中的E是发生核反应时释放的核能答案D解析爱因斯坦质能方程Emc2定量的指出了物体具有的能量与其质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误5某核反应方程为HHHeX.已知H的质量为2.013 6 u，H的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u则下列说法中正确的是()AX是质子，该反应释放能量BX是中子，该反应释放能量CX是质子，该反应吸收能量DX是中子，该反应吸收能量答案B解析根据核反应过程质量数、电荷数守恒，可