1、學案4核力與結合能學習目標定位 1.知道核力的性質.2.能簡單解釋輕核和重核內中子數、質子數具有不同比例的原因.3.知道原子核的結合能和平均結合能的概念.4.知道什么是質量虧損，能應用質能方程進行計算1原子核的組成：原子核由質子和中子組成；原子核非常小，半徑數量級為1015 m.2能量單位：1 eV106 MeV1.61019 J. 3核力及其性質(1)組成原子核的核子之間有很強的相互作用力，使核子能夠克服庫侖斥力而緊密地結合在一起，這種力稱為核力(2)核力是一種很強的力，在它的作用范圍內核力比庫侖力大的多(3)核力是一種短程力在約0.51015m21015m的距離內主要表現為引力；大于210

2、15m的距離時核力就迅速減小為零；在小于0.51015m的距離內，核力又轉變為強大的斥力而使核子不融合在一起4重核與輕核原子核中的質子數又稱為原子序數，排在周期表比較靠后的元素對應的原子核叫做重核，排在比較靠前的叫做輕核一般排在周期表最前面的輕核的質子和中子數相等但是大多數重核是中子多于質子5結合能(1)由于核子間存在著強大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是說需要提供一定的能量反過來，根據能量守恒，核子結合成原子核時也會放出一定的能量，這個能量叫做原子核的結合能(2)用高能量的光子照射氘核，可以使它分解為質子和中子，核反應方程是eq oal(2,1)Heq oal(1,1)

3、Heq oal(1,0)n.光子的能量大于或等于2.22 MeV.相反的過程，一個中子和一個質子結合成氘核會釋放出2.22 MeV的能量這個能量以光子的形式輻射出去核反應方程是eq oal(1,0)neq oal(1,1)Heq oal(2,1)H.(3)原子核的結合能與核子數之比稱為該原子核的平均結合能平均結合能越大，核越穩定6質量虧損和核能的計算核子結合成原子核時，反應前和反應后的質量之差叫質量虧損虧損的質量與反應中釋放的能量相對應，它們之間的關系遵循愛因斯坦的質能方程為Emc2.一、原子核中質子和中子的比例問題設計一些較輕的原子核如eq oal(4,2)He、eq oal(16, 8)O

4、、eq oal(12, 6)C、eq oal(14, 7)N中質子數和中子數有什么關系？答案質子數與中子數大致相等要點提煉由于核力是短程力及核力的飽和性，自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，但較重的原子核，中子數大于質子數，越重的原子核，兩者相差越多二、結合能問題設計如圖1所示是不同原子核的平均結合能隨質量數變化的曲線圖1(1)從圖中看出，中等質量的原子核與重核、輕核相比平均結合能有什么特點？平均結合能的大小反映了什么？(2)平均結合能較小的原子核轉化為平均結合能較大的原子核時是吸收能量還是放出能量？答案(1)中等質量的原子核平均結合能較大，平均結合能的大小反映了原子核的穩定性，平均

5、結合能越大，原子越穩定(2)放出能量要點提煉1核子數較小的輕核和核子數較大的重核，平均結合能較小，中等核子數的原子核，平均結合能較大當平均結合能較小的原子核轉化為平均結合能較大的原子核時會釋放核能2平均結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定中等核子數的原子核，平均結合能較大，原子核較穩定三、質量虧損和核能的計算問題設計用粒子轟擊鈹(eq oal(9,4)Be)核發現中子的核反應方程eq oal(9,4)Beeq oal(4,2)Heeq oal(12, 6)Ceq oal(1,0)n甲同學說：核反應過程中核子數沒變，所以質量是守恒的；乙同學查找資料，各個原子核或核子的質量如下：

6、mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u(其中1 u1.660 5661027 kg)，他通過計算發現反應之后的質量減少了，于是他得出結論：核反應過程中質量消失了這兩個同學的說法對嗎？如果不對錯在哪里？你對質量虧損是如何理解的？答案甲同學的說法錯誤核反應過程中質量數守恒而不是質量守恒；乙同學的說法錯誤質量虧損并不是質量的消失對質量虧損的理解(1)在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒，所謂的質量虧損并不是這部分質量消失或質量轉變為能量物體的質量應包括靜止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，減少的靜止質量轉化為和輻射能量相聯系的運動質量

7、(2)質量虧損也不是核子個數的減少，核反應中核子個數是不變的要點提煉1對質能方程和質量虧損的理解(1)質能方程質能方程：愛因斯坦的相對論指出，物體的能量和質量之間存在著密切的聯系，其關系是Emc2.(2)質量虧損質量虧損，并不是質量消失，減少的質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了物體質量增加，則總能量隨之增加；質量減少，總能量也隨之減少，這時質能方程也寫作Emc2.2核能的計算方法(1)根據質量虧損計算根據核反應方程，計算核反應前后的質量虧損m.根據愛因斯坦質能方程Emc2計算核能其中m的單位是千克，E的單位是焦耳(2)利用原子質量單位u和電子伏特計算明確原子質量單位u和電子伏特之

8、間的關系1 u1.660 61027 kg,1 eV1.602 1781019 J由Emc2得Eeq f(1.660 610272.997 91082,1.602 1781019) eV931.5 MeV根據1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV.其中m的單位是u，E的單位是MeV.一、對核力和結合能的理解例1(單選)關于原子核中質子和中子的說法，正確的是()A原子核中質子數和中子數一定相等B穩定的重原子核里，質子數比中子數多C原子核都是非常穩定的D對于較重的原子核，由于核力的作用范圍是有

9、限的，以及核力的飽和性，如果繼續增大原子核，形成的核也一定是不穩定的解析自然界中較輕的原子核，質子數與中子數大致相等，對于較重的原子核，中子數大于質子數，越重的原子核，兩者相差越多因此正確答案選D.答案D例2(單選)下列關于結合能和平均結合能的說法中，正確的有()A核子結合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結合能B平均結合能越大的原子核越穩定，因此它的結合能也一定越大C重核與中等質量原子核相比較，重核的結合能和平均結合能都大D中等質量原子核的結合能和平均結合能均比輕核的要大解析核子結合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A選項錯誤；平均結合能越大的原子核越穩定，但平

10、均結合能越大的原子核，其結合能不一定大，例如中等質量原子核的平均結合能比重核大，但由于核子數比重核少，其結合能反而比重核小，B、C選項錯誤；中等質量原子核的平均結合能比輕核的大，它的原子核內核子數又比輕核多，因此它的結合能也比輕核大，D選項正確答案D二、質量虧損和核能的計算例3已知氮核質量MN14.007 53 u，氧17核的質量MO17.004 54 u，氦核質量MHe4.003 87 u，氫核質量MH1.008 15 u，試判斷：eq oal(14, 7)Neq oal(4,2)Heeq oal(17, 8)Oeq oal(1,1)H這一核反應是吸收能量還是放出能量？能量變化是多少？解析反

11、應前總質量：MNMHe18.011 40 u，反應后總質量：MOMH18.012 69 u.可以看出：反應后總質量增加，故該反應是吸收能量的反應吸收的能量利用Emc2來計算，若反應過程中質量增加1 u，就會吸收931.5 MeV的能量，故E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV.答案吸收能量1.2 MeVeq x(核力與結合能)eq blcrc (avs4alco1(核力及其性質,結合能及平均結合能,質量虧損,愛因斯坦質能方程Emc2blcrc (avs4alco1(核能的計算,Emc2)1(單選)對核子結合成原子核的下列說法正確的是()A原子核內的核子間均存

12、在核力B原子核內的質子間均存在核力和庫侖力C穩定原子核的質子數總是與中子數相等D對質子數較多的原子核，其中的中子數起到增加核力、維系原子核穩定的作用答案D解析核力是短程力，只會發生在相鄰核子之間，由此知A、B錯誤；核力只作用于相鄰的核子，隨著質子數增加，為使原子核保持穩定，必須靠中子數的增多來抵消庫侖力的作用，故C錯誤，D正確2(雙選)關于原子核的結合能，下列說法正確的是()A原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能C比結合能越大，原子核越不穩定D自由核子組成原子核時，其質量虧損所對應的能量大于該原子

13、核的結合能答案AB解析結合能是把核子分開所需的最小能量，選項A正確；一重原子核衰變成粒子和另一原子核，存在質量虧損，核子比結合能增大，衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能，選項B正確；比結合能也叫平均結合能，比結合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩定，選項C錯誤；自由核子組成原子核時，其質量虧損所對應的能量等于該原子核的結合能，選項D錯誤3歷史上第一次利用加速器實現的核反應，是用加速后動能為0.5 MeV的質子eq oal(1,1)H轟擊靜止的eq oal(A,Z)X，生成兩個動能均為8.9 MeV的eq oal(4,2)He.(1 MeV1.61013 J)(1)上述核反應方

14、程為_(2)質量虧損為_ kg.答案(1)eq oal(1,1)Heq oal(7,3)Xeq oal(4,2)Heeq oal(4,2)He(或eq oal(1,1)Heq oal(7,3)Lieq oal(4,2)Heeq oal(4,2)He)(2)3.11029kg解析(1)eq oal(1,1)Heq oal(7,3)Xeq oal(4,2)Heeq oal(4,2)He或eq oal(1,1)Heq oal(7,3)Lieq oal(4,2)Heeq oal(4,2)He(2)mc2E末E初meq f(E末E初,c2)eq f(28.90.51.61013,31082)kg3.11

15、029 kg概念規律題組1(單選)對結合能、平均結合能的認識，下列說法正確的是()A一切原子核均具有結合能B自由核子結合為原子核時，可能吸收能量C結合能越大的原子核越穩定D平均結合能越大的原子核越穩定答案D解析氫原子核只有一個質子，無結合能，結合能并不是原子核所具有的能量，故A錯；自由核子結合為原子核時，放出能量，故B錯；平均結合能越大的原子核越穩定，故C錯，D對2(雙選)愛因斯坦提出了質能方程，揭示了質量與能量的關系，關于質能方程，下列說法正確的是()A質量和能量可以相互轉化B當物體向外釋放能量時，其質量必定減少，且減少的質量m與釋放的能量E滿足Emc2C物質的核能可用mc2表示Dmc2是物

16、體能夠放出能量的總和答案BD解析Emc2式中E表示物體具有的總能量，m表示物體的質量，故C錯誤，D正確；Emc2表示當物體的能量增加或減少E時，其質量相應的增加或減少m，故A錯誤，B正確3(單選)核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化，這是因為()A原子核帶正電，電子帶負電，電荷間存在很大的庫侖力B核子具有質量且相距很近，存在很大的萬有引力C核子間存在著強大的核力D核子間存在著復雜磁力答案C解析核力是短程力，由于核力很強大，所以將核子拆開需要大量的能量克服核力做功相反，若核子結合成原子核，則放出大量的能量，所以選項C正確4(單選)為了直接驗證愛因斯坦狹義相對論中著名的質能

17、方程Emc2，科學家用中子轟擊硫原子，分別測出原子捕獲中子前后質量的變化以及核反應過程中放出的熱量，然后進行比較，精確驗證了質能方程的正確性設捕獲中子前的原子質量為m1，捕獲中子后的原子質量為m2，被捕獲的中子質量為m3，核反應過程放出的能量為E，則這一實驗需驗證的關系式是()AE(m1m2m3)c2BE(m1m3m2)c2CE(m2m1m3)c2DE(m2m1m3)c2答案B解析反應前的質量總和為m1m3，質量虧損mm1m3m2，核反應釋放的能量E(m1m3m2)c2，選項B正確方法技巧題組5(單選)原子質量單位為u,1 u相當于931.5 MeV的能量，真空中光速為c，當質量分別為m1和m

18、2的原子核結合為質量為M的原子核時釋放出的能量是()A(Mm1m2)uc2B(m1m2M)u931.5 JC(m1m2M)c2D(m1m2M)931.5 eV答案C解析在核能計算時，如果質量的單位是kg，則用Emc2進行計算，如果質量的單位是u，則利用1 u相當于931.5 MeV的能量計算，即Em931.5 MeV進行計算，故C正確，A、B、D錯誤6(單選)中子n、質子p、氘核D的質量分別為mn、mp、mD.現用光子能量為E的射線照射靜止氘核使之分解，反應方程為Dpn，若分解后中子、質子的動能可視為相等，則中子的動能是()A.eq f(1,2)(mDmpmn)c2EB.eq f(1,2)(m

19、Dmnmp)c2EC.eq f(1,2)(mDmpmn)c2ED.eq f(1,2)(mDmnmp)c2E答案C解析因為氘核分解為核子時，要吸收能量，質量增加，本題核反應過程中射線能量E對應質量的增加和中子與質子動能的產生，即Emc22Ek(mpmnmD)c22Ek得Ekeq f(1,2)E(mpmnmD)c2eq f(1,2)(mDmpmn)c2E，故選C.7(雙選)中子和質子結合成氘核時，質量虧損為m，相應的能量Emc22.2 MeV是氘核的結合能下列說法正確的是()A用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質子和一個中子B用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核

20、時，氘核可能分解為一個質子和一個中子，它們的動能之和為零C用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質子和一個中子，它們的動能之和為零D用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質子和一個中子，它們的動能之和不為零答案AD解析用能量小于結合能的光子照射氘核時，氘核一定不能分解，所以A正確，B錯誤用能量大于結合能的光子照射氘核時，氘核可能分解，只要分解，分解出的質子和中子動能之和一定不為零(若動能之和為零就分不開了)，所以C錯誤，D正確8氘核和氚核聚變時的核反應方程為eq oal(2,1)Heq oal(3,1)Heq oal(4,2)Heeq oal

21、(1,0)n，已知eq oal(3,1)H的平均結合能是2.78 MeV，eq oal(2,1)H的平均結合能是1.09 MeV，eq oal(4,2)He的平均結合能是7.03 MeV，則核反應時釋放的能量為_ MeV.答案17.6解析聚變反應前氘核和氚核的總結合能E1(1.0922.783) MeV10.52 MeV.反應后生成的氦核的結合能E27.034 MeV28.12 MeV.由于單個核子無結合能，所以聚變過程釋放出的能量為EE2E1(28.1210.52) MeV17.6 MeV.9.eq oal(3,1)H的質量是3.016 050 u，質子的質量是1.007 277 u，中子的

22、質量是1.008 665 u求：(1)一個質子和兩個中子結合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結合能和平均結合能各是多少？(3)如果此能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少？答案(1)放出能量7.97 MeV(2)7.97 MeV2.66 MeV(3)1.921021 Hz解析(1)一個質子和兩個中子結合成氚核的核反應方程是eq oal(1,1)H2eq oal(1,0)neq oal(3,1)H，反應前各核子總質量為mp2mn1.007 277 u21.008 665 u3.024 607 u，反應后新核的質量為mH3.016 050 u，質量虧損為m3.024 607u3.016 050 u