第4章第1节核力与核能（XX高二物理鲁科版选修3-5教师用书）第1节核力与核能学习目标知识脉络认识核素图，知道核力的概念及特点知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小理解结合能及平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损掌握爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能应用质能方程进行计算核力与核的稳定性先填空核力把原子核中的核子维系在一起的力核力特点核力是短程力，作用范围在2f左右，它不能延伸到3f以外当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1f，库仑力是200N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子核素图用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象核的稳定性核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数再判断原子核内的质子间均存在核力和库仑力稳定原子核的质子数总是与中子数相等对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用后思考原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？【提示】组成原子核的相邻的核子间存在核力核心点击原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；对于较重的原子核，中子数大于质子数越重的原子核，两者相差越多形成原因及原子核的稳定性原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了这时，不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的所以，原子核的大小也受到限制关于核力，下列说法中正确的是A原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B核力既可能是引力，又可能是斥力c核力对核子做正功，原子核要释放核能D原子核内相距较远的两个核子间没有核力作用，但一定有库仑力作用【解析】核力表现为引力时随核子间距离的增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故B正确；核力是短程力，只有在2.01015左右的范围内起作用，故A正确；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故c正确；原子核内两核子相距较远时没有核力作用，核内质子与中子间不会有库仑力作用，D错误【答案】ABc核子结合成原子核的下列说法中，正确的是A原子核内的核子间均存在核力B原子核内的质子间均存在核力和库仑力c当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加D质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用【解析】由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.81015时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.81015，故c错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确【答案】D结合能与平均结合能先填空结合能核子结合成原子核所释放的能量平均结合能定义：平均每个核子的结合能意义：平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子质量亏损质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为Ec2.再判断原子核的核子数越多，平均结合能越大质量亏损是因为这部分质量转化为能量结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定后思考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心点击对平均结合能的理解平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等质量的核平均结合能最大、最稳定当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就要释放核能质量亏损、质能方程及核能的计算质量亏损：科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等例如，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是核反应前与核反应后的质量之差质能方程Ec2爱因斯坦指出，物体的能量和质量之间存在着密切的关系，即Ec2，式中c为真空中的光速爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的核反应中由于质量亏损而释放的能量Ec2从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化E与物体的质量变化的关系：Ec2.下列关于平均结合能的说法正确的是A核子数越多，平均结合能越大B核子数越多，平均结合能越小c结合能越大，平均结合能越大D平均结合能越大，原子核越稳定【解析】中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大，故A、B、c均不正确平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确【答案】D关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是AEc2中的E是物体以光速c运动的动能BEc2是物体各种形式能的总和c由Ec2知，在核反应中亏损的质量转化成能量E放出D由Ec2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量被放出的能量带走【解析】爱因斯坦的质能方程Ec2表明，物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，故A错误，B正确Ec2表明，在核反应中亏损的质量将产生Ec2的能量，只是以另一种形态的质量释放出来，与这部分质量相对应的能量为c2，而绝不是质量转化为能量了，故c错误，D正确【答案】BD三个粒子结合成一个碳126c，已知碳原子的质量为12.0000u，氦原子的质量为4.0026u【导学号：64772051】写出核反应的方程；这个核反应放出的能量是多少焦？这个能量合多少eV?【解析】342He126cE34.0026u12.0000u0.0078u0.00781.661027g1.29481029gEc21.1651012E1.16510121.61019eV7.28106eV7.28eV.【答案】342He126cE1651012j7.28eV核能的两种单位换算技巧若以g为质量亏损的单位，则计算时应用公式Ec2.若以原子单位“u”为质量亏损单位，则E931.5eV.两种方法计算的核能的单位分别为“j”和“eV”，eV11061.61019j1.61013学业分层测评学业达标关于核力的下列说法正确的是【导学号：64772106】A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B核力就是电磁力c核力是短程力D核力与电荷有关【解析】核力是短程力，故c对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关，故D错【答案】c下列说法中正确的是A质子与中子的质量不等，但质量数相等B两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力c同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同D除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力【解析】质子和中子的质量不相等，但差别不大，质量数相等，故A对核子之间的核力随距离变化而变化，并不总大于库仑力，故B错同位素之间质子数相同，中子数不同，质量数也不同，故c对核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，但质子与中子之间、中子与中子之间没有库仑力，D错误【答案】Ac一个质子和一个中子结合成氘核时，产生光子，由此可见A氘核的质量等于质子和中子的质量之和B氘核的质量小于质子和中子的质量之和c核子结合成原子核时会释放核能D原子核分解成核子时会释放核能【解析】由于结合时产生光子，即产生能量，故反应中有质量亏损，但反应过程中质量数守恒，B正确，A错误质子和中子统称核子，该反应为核子结合成原子核的反应，故c对，D错【答案】Bc关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是【导学号：64772052】A原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功B原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功c平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能大【解析】原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能不同原子核的平均结合能不同重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小综上所述，正确选项为A、B、c.【答案】ABc对公式Ec2的正确理解是A如果物体的能量减少了E，它的质量也一定相应减少B如果物体的质量增加了，它的能量也一定相应增加c2c是某原子核在衰变过程中增加的质量D在把核子结合成原子核时，若放出的能量是E，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是【解析】一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了E，它的质量也一定相应减少，即发生质量亏损，如果物体的质量增加了，它的能量一定相应增加c2，所以选项A、B、D正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项c错误【答案】ABD某核反应方程为21H31H42HeX.已知21H的质量为2.0136u，31H的质量为3.0180u，42He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，