5核力與結合能知識內容考試要求必考加試核力與結合能c課時要求1.知道核力是核子之間的相互作用力.2.知道核力的特點，了解結合能.3.知道質量虧損現象，會根據質能方程進行有關計算.一、核力與四種基本相互作用[導學探究]1.有的同學認為：“原子核內質子間的庫侖斥力，與質子、中子間的萬有引力平衡而使原子達到穩定狀態”，這種說法正確嗎？答案不正確．在相同的距離上，質子之間的庫侖力的大小大約比萬有引力強1035倍，兩者相差懸殊，不可能平衡．2．是什么力克服質子之間的庫侖斥力，使核子結合成一個穩固的原子核的？答案核子間(質子與質子、中子與中子、質子與中子)存在著一種比庫侖力大得多的核力．[知識梳理]核力及特點1．核力：原子核里的核子間存在著相互作用的核力，核力把核子緊緊地束縛在核內，形成穩定的原子核．2．核力特點(1)核力是核子間的強相互作用的一種表現，在原子核的尺度內，核力比庫侖力大得多．(2)核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15_m之內．在大于0.8×10－15m時表現為吸引力，超過1.5×10－15m時，核力急劇下降幾乎消失；而距離小于0.8×10－15m時，核力表現為斥力．(3)每個核子只跟鄰近的核子發生核力作用，這種性質稱為核力的飽和性．(4)核力與核子是否帶電無關，質子與質子間、質子與中子間、中子與中子間都可以有核力作用．3．四種基本相互作用[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)原子核中的質子是靠自身的萬有引力聚在一起的．(×)(2)核力是強相互作用力，在原子核的尺度內，核力比庫侖力大得多．(√)(3)弱相互作用的力程比強力更短．(√)(4)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因．(√)二、原子核中質子與中子的比例[導學探究]1.一些較輕的原子核如eq\o\al(4,2)He、eq\o\al(16,8)O、eq\o\al(12,6)C、eq\o\al(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相等．2.eq\o\al(238,92)U、eq\o\al(234,90)Th等重核中各有多少個中子、多少個質子？較重的原子核中中子數和質子數有什么關系？答案eq\o\al(238,92)U中含有92個質子、146個中子；eq\o\al(234,90)Th中含有90個質子，144個中子．較重的原子核中中子數大于質子數．3．試從核力的特點及核力的飽和性對上述現象做出解釋，并說明原子核能無限地增大嗎？答案穩定的重原子核里，中子數要比質子數多，由于核力作用范圍有限，以及核力的飽和性，如果繼續增大原子核，一些核子間距離會大到其間根本沒有核力作用，這時即使再增加中子，形成的核也一定是不穩定的，所以原子核不能無限地增大．[知識梳理]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．[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)在原子核的組成中，質子數等于中子數．(×)(2)原子核大到一定程度，原子核就不穩定了．(√)(3)在宇宙演化過程中，只有穩定的原子核長久地留了下來．(√)(4)穩定的重原子核里，質子數比中子數多．(×)三、結合能和質量虧損[導學探究]設有一個質子和一個中子在核力作用下靠近碰撞并結合成一個氘核．質子和中子結合成氘核的過程中是釋放能量還是吸收能量？使氘核分解為質子和中子的過程中呢？答案質子和中子結合成原子核的過程中要釋放能量；氘核分解成質子和中子時要吸收能量．[知識梳理]1．對結合能的理解：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，需要能量，這就是原子核的結合能．2．對質能方程和質量虧損的理解(1)質能方程愛因斯坦指出；物體的能量和質量之間存在著密切的聯系，其關系是E＝mc2.(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ΔE＝Δmc2.[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)一切原子核均具有結合能．(√)(2)組成原子核的核子越多，它的結合能就越高．(√)(3)結合能越大，核子結合得越牢固，原子越穩定．(×)(4)自由核子結合為原子核時，可能吸收能量．(×)一、對核力的理解例1(多選)下列說法正確的是()A．核力是短程力，作用范圍很小，只在鄰近核子間發生B．核力可能是引力，也可能是斥力．核力把核子緊緊束縛在核內，形成穩定的原子核，但又不會融合在一起C．質子間、中子間、質子和中子之間都有核力D．核力是一種弱相互作用力，在其作用范圍內，核力比庫侖力大得多答案ABC解析核力作用的范圍在1.5×10－15m區域內，只在鄰近核子間發生，是短程力，A對；核力可能表現為引力，也可能表現為斥力，B對；核力是質子、中子之間的強相互作用力，C對，D錯．二、結合能、質量虧損和核能的計算1．利用結合能來計算核能核反應中反應前系統內所有原子核的結合能與反應后生成的所有新核的結合能之差，就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能．2．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Δm.根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能．其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．3．利用原子質量單位u和電子伏特計算根據1原子質量單位(u)相當于931.5MeV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931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.例2eq\o\al(3,1)H的質量是3.016050u，質子的質量是1.007277u，中子的質量為1.008665u．求：(質量虧損1u相當于釋放931.5MeV的能量)(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)氚核的結合能是多少？答案(1)放出7.97MeV(2)7.97MeV解析(1)一個質子和兩個中子結合成氚核的反應方程式是eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H，反應前各核子總質量為mp＋2mn＝(1.007277＋2×1.008665)u＝3.024607u，反應后新核的質量為mH＝3.016050u，質量虧損為Δm＝(3.016050－3.024607)u＝－0.008557u.因反應前的總質量大于反應后的總質量，故此核反應放出能量．釋放的核能為ΔE＝0.008557×931.5MeV≈7.97MeV.(2)氚核的結合能即為ΔE＝7.97MeV，針對訓練一個鋰核(eq\o\al(7,3)Li)受到一個質子的轟擊，變成兩個α粒子．已知質子的質量是1.6736×10－27kg，鋰核的質量是11.6505×10－27kg，氦核的質量是6.6466×10－27kg.(1)寫出上述核反應的方程；(2)計算上述核反應釋放出的能量．答案(1)eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He(2)2.781×10－12J解析(1)eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He(2)核反應的質量虧損Δm＝mLi＋mp－2mα＝(11.6505×10－27＋1.6736×10－27－2×6.6466×10－27)kg＝3.09×10－29kg釋放的能量ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2J＝2.781×10－12J1．計算過程中Δm的單位是kg，ΔE的單位是J.2．若Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV，可直接利用公式ΔE＝Δm×931.5MeV來計算核能．1．(2016·湖州市高二下學期期中)氦原子核由兩個質子和兩個中子組成，這兩個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A．核力、萬有引力、庫侖力B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力D．核力、庫侖力、萬有引力答案D解析核力是強力，它能將核子束縛在原子核內，萬有引力最弱，研究核子間相互作用時萬有引力可以忽略．2．(多選)關于原子核中質子和中子的比例，下列說法正確的是()A．原子核中質子和中子的個數一定相等B．穩定的重原子核里，中子數要比質子數多C．原子核大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩定了D．質子和中子可以組合成任意穩定的核答案BC3．已知氮核質量MN＝14.00753u，氧17核的質量MO＝17.00454u，氦核質量MHe＝4.00387u，氫核質量MH＝1.00815u，試判斷：eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(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？(已知1u相當于931.5MeV的能量)答案吸收能量1.2MeV解析反應前總質量：MN＋MHe＝18.01140u，反應后總質量：MO＋MH＝18.01269u.可以看出：反應后總質量增加，故該反應是吸收能量的反應．故ΔE＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV≈1.2MeV.一、選擇題1．下列對核力的認識正確的是()A．任何物體之間均存在核力B．核力廣泛存在于自然界中的核子之間C．核力只存在于質子之間D．核力只發生在相距1.5×10－15m內的核子之間，大于0.8×10－15m為吸引力，而小于0.8×10－15m為斥力答案D解析由核力的特點知道，只有相距1.5×10－15m內的核子之間才存在核力，核力發生在質子與質子、質子與中子及中子與中子之間，由此知D正確，A、B、C錯誤．2．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解析核子之間存在核力作用，核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都有核力作用，故伴隨著巨大的能量變化，故選C.3．對于愛因斯坦提出的質能方程E＝mc2，下列說法中不正確的是()A．E＝mc2定量地指出了物體具有的能量與其質量之間的關系B．根據ΔE＝Δmc2可以計算核反應中釋放的核能C．一個中子和一個質子結合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現了質量虧損D．E＝mc2中的E是發生核反應時釋放的核能答案D解析愛因斯坦質能方程E＝mc2定量的指出了物體具有的能量與其質量之間的關系，A正確；由質能方程知，當物體的質量減少時，物體的能量降低，向外釋放了能量；反之，若物體的質量增加了，則物體的能量升高，表明它從外界吸收了能量，所以由物體的質量變化能算出物體的能量變化，故B、C正確，D錯誤．4．原子質量單位為u,1u相當于931.5MeV的能量，真空中光速為c，當質量分別為m1和m2的原子核結合為質量為M的原子核時釋放出的能量是()A．(M－m1－m2)u×c2B．(m1＋m2－M)u×931.5JC．(m1＋m2－M)cD．(m1＋m2－M)×931.5MeV答案D5．為了直接驗證愛因斯坦狹義相對論中著名的質能方程E＝mc2，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能量，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ΔE，則這一實驗需驗證的關系式是()A．ΔE＝(m1－m2－m3)c2B．ΔE＝(m1＋m3－m2)c2C．ΔE＝(m2－m1－m3)c2D．ΔE＝(m2－m1＋m3)c2答案B解析反應前的質量總和為m1＋m3，質量虧損Δm＝m1＋m3－m2，核反應釋放的能量ΔE＝(m1＋m3－m2)c2，選項B正確．6．用質子轟擊鋰核(eq\o\al(7,3)Li)生成兩個α粒子，以此進行有名的驗證愛因斯坦質能方程的實驗，已知質子的初動能是0.6MeV，質子、α粒子和鋰核的質量分別是1.0073u、4.0015u和7.0160u．已知1u相當于931.5MeV的能量，則下列敘述中正確的是()A．此反應過程質量減少0.0103uB．若生成的兩個α粒子的動能之和是18.3MeV，與質能方程相符C．若核反應中釋放的能量是18.9MeV，與質能方程不相符D．若生成的兩個α粒子的動能之和是19.5MeV，與質能方程相符答案D7．(2016·余姚中學高二第二學期期中)天然放射性現象中eq\o\al(238,92)U發生α衰變后變成eq\o\al(234,90)Th，已知eq\o\al(238,92)U、eq\o\al(234,90)Th和α粒子的質量分別是m1、m2和m3，它們之間應滿足()A．m1＝m2＋m3 B．m2＝m1＋m3C．m1>m2＋m3 D．m1<m2＋m3答案C8．(多選)中子和質子結合成氘核時，質量虧損為Δm，相應的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的結合能．下列說法正確的是()A．用能量小于2.2MeV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2.2MeV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C．用能量大于2.2MeV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2.2MeV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．9．某核反應方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.已知eq\o\al(2,1)H的質量為2.0136u，eq\o\al(3,1)H的質量為3.0180u，eq\o\al(4,2)He的質量為4.0026u，X的質量為1.0087u．則下列說法中正確的是()A．X是質子，該反應釋放能量B．X是中子，該反應釋放能量C．X是質子，該反應吸收能量D．X是中子，該反應吸收能量答案B解析根據核反應過程質量數、電荷數守恒，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1