第十九章 第5节 核力与结合能学生用.doc

专注理科思维训练 公众号：大悟理第5节核力与结合能1．原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把原子核内核子分开所需要的能量叫结合能2．结合能与核子数之比叫比结合能比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损一、核力与四种基本相互作用1．核力(1)定义：原子核里的核子间的相互作用力2)作用：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核2．核力的特点(1)核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2)核力是短程力，作用范围在1.510－15 m之内核力在大于0.810－15 m，小于1.510－15 m的范围内表现为吸引力，在小于0.810－15 m时表现为斥力3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性3．第四种相互作用核物理学家在原子核内发现了自然界的第四种相互作用——弱相互作用，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因该作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度比电磁力小4．四种基本相互作用四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用，在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。

二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多三、结合能与质量亏损1．结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定中等大小的核的比结合能最大，最稳定3．质能方程物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc24．质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象1．自主思考——判一判(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡 )(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大 )(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因 )(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量 )(5)比结合能越大，原子核越稳定 )(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系 )2．合作探究——议一议(1)质子之间存在库仑力，质子与中子、中子与中子之间没有库仑力，那么是不是质子之间存在核力，质子与中子、中子与中子之间没有核力？提示：不是。

核力是短程力，存在于相邻的核子之间，无论是质子之间、质子与中子之间还是中子之间，都存在核力2)为什么核电荷数越多的原子核越不稳定？提示：核电荷数越多的原子核中，有些核子之间的距离越来越大，随着距离增大，核力和质子间的斥力都减小，但核力减小得更快，当原子核大到一定程度时，核力会小于质子间的斥力，原子核就不稳定了3)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力的性质与原子核中质子与中子的比例1．核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现2)核力是短程力约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.810－15 m时为引力，距离小于0.810－15 m时为斥力，距离为1010－15 m时核力几乎消失3)核力具有饱和性核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用4)核力具有电荷无关性核力与核子电荷无关2．原子核中质子与中子的比例关系(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但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：①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快所以当原子核增大到一定程度时，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②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的[典例]　关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(　　)A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在1．对核力的认识，下列说法正确的是(　　)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1.510－15 m的核子之间，大于0.810－15 m为吸引力，而小于0.810－15 m为斥力2．对原子核的组成，下列说法正确的是(　　)A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使非常多的质子组成原子核C．不存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内一定有中子3．激光中子是由重原子核吸收光子后发射中子而产生的，光子的极限能量大约是10 MeV。

假定中子从原子核上向外移开距离10－13 cm所受的力保持不变，则平均核力的数量级是(　　)A．10－3 N　　　　　　 B．10 NC．103 N D．无法计算结合能、比结合能与原子核的稳定性1．结合能要把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量2．比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度3．比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图1951所示图1951从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小4．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1．(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是(　　)A．核子结合为原子核时，一定释放能量B．核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．比结合能越大的原子核越稳定2．如图1952所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是(　　)图1952A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量3．一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________________________。

该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为____________对质量亏损和质能方程的理解1．质量亏损所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成原子核的过程中以能量的形式辐射出去了反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是E＝mc22．质能方程E＝mc2(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是—定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比物体质量增加，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ΔE＝Δmc23)质能方程的本质：①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；②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和能量守恒，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；③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γ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3．核能的计算方法根据质量亏损计算：(1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm2)根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应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4)利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能核子数核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能4．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法(1)根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量2)根据动能变化判断，若不吸收光子而动能增加则放出能量[典例]　镭核Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核Rn已知镭核质量为226.025 4 u，氡核质量为222.016 3 u，放出粒子质量为4.002 6 u1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量。

1．下列说法中正确的是(　　)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，可以用物体的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2．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)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c23．取质子的质量mp＝1.672 610－27 kg，中子的质量mn＝1.674 910－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 710－27 kg，光速c＝3.0108 m/s请计算α粒子的结合能计算结果保留两位有效数字)1．中子比质子更容易击中原子核的原因是(　　)A．中子体积较小　　　 B．中子速度较大C．中子能量较大 D．中子不带电2．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，那么分子力实质上是属于(　　)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。