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1、5核力与结合能,第十九章原子核,学习目标,1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用. 2.了解结合能和比结合能的概念. 3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算.,内容索引,重点探究 启迪思维 探究重点,达标检测 检测评价 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,一、核力与四种基本相互作用 1.核力：原子核里的 间存在着相互作用的核力， 把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核. 2.核力特点 (1)核力是核子间的的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力 . (2)核力是 ，作用范围在 之内. 核力在大于0.81015 m时表现为 ，超过1.51015 m
2、时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.81015 m时，核力表现为 .,核子,核力,强相互作用,大得多,短程力,1.51015 m,吸引力,斥力,(3)每个核子只跟 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 . (4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用.,邻近,饱和性,3.四种基本相互作用,更短,电磁力,万有引力,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 . 2.较重原子核：中子数 质子数，越重的原子核两者 .,大致相等,大于,相差越多,三、结合能与质量亏损 1.结合能 原子核是 凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要
3、 ，这就是原子核的结合能. 2.比结合能 原子核的结合能与 之比，称做比结合能，也叫 结合能.比结合能越大，表示原子核中核子结合得越 ，原子核越_._ 的核的比结合能最大，最稳定. 3.质能方程 物体的能量与它的质量的关系是：E .,核子,能量,核子数,平均,牢固,稳定 中等大小,mc2,4.质量亏损 原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象.,小于,1.判断下列说法的正误. (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.(
4、) (5)比结合能越大，原子核越稳定.() (6)质能方程Emc2表明了质量与能量间的一种对应关系.(),即学即用,答案,答案,解析,4.31012 J,解析组成粒子的核子与粒子的质量差 m(2mp2mn)m 粒子的结合能Emc2 代入数据得E4.31012 J.,重点探究,一、核力特点原子核中质子与中子的比例,导学探究如图1为 H和 He的原子核结构示意图. (1)质子都带正电，质子与质子之间存在着库仑斥力，为什么 He还能稳定地存在？,图1,答案,答案核子之间还存在着核力作用.,(2)自然界中存在的元素是有限的，为什么质子与中子不能随意地组合从而形成无数不同的原子核？,答案,答案当核子增多
5、时，原子核增大，核子间的距离也增大，当距离较大时，一些核子间可能就没有核力的作用了，这样形成的核不稳定，最终会瓦解.因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核.,知识深化 1.核力特点 (1)短程：只发生在相邻的核子之间(又叫饱和性). (2)与核子电性无关. (3)属于强相互作用. 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： 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
6、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. 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. 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.,解析原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错. 又由于核力是短程力及其饱和性的特点，可知原子核不可能无节制地增大，故D正确.,例1下列关于原子核
7、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，以及核力的饱和性，不可能无节制地 增大原子核而仍稳定存在,答案,解析,针对训练1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.核力可使较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,答案,解析,解析由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把较多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，A、B错误； 自然界中存在一个质子的原子核
8、 H，C错误；,较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确.,二、结合能、比结合能与原子核的稳定性,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,答案质子和中子结合成氘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2所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线.,图2,(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比比结合能有什么特点？比结合能的大小反映了什么？,答案中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了
9、原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定.,答案,(2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？,答案释放能量.,答案,知识深化 1.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. 2.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，就能释放核能.例如，一个核子
10、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.,例2下列关于结合能和比结合能的说法中，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.比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，重核的结合能和比结合能都大 D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大,答案,解析,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； 比结合能越大的原子核越稳定，但比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比结合能比重核大，
11、但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C选项错误； 中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的核子数又比轻核多，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.比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比结合能大.,针对训练2(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是 A.自然界中一切原子核均具有结合能 B.自由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,答案,解析由自由核子结合成原子核的过
12、程中，释放出能量，反之，将原子核分开变为自由核子需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误； 核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确.,解析,三、质量亏损和核能的计算,导学探究如图3所示是原子核转变示意图.,图3,(1)在核反应过程中质量数、核电荷数是否守恒？,答案在核反应中，质量数、核电荷数是守恒的.,(2)在该核反应过程中会释放出能量，反应前后原子核的质量是否会发生变化？,答案会发生变化，是减少的.,答案,知识深化 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核的过程中以能量的形式辐射出去了
13、.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. 2.质能方程Emc2： (1)质能方程说明一定的质量总是跟一定的能量相联系.具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，Emc2，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，这时质能方程也写成Emc2.,3.核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算： 根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损m. 根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能.其中m的单位是千克，E的单位
14、是焦耳. 利用原子质量单位u和电子伏特计算 1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，Em931.5 MeV，其中m的单位为u，E的单位为MeV.,(2)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.,例3 H的质量是3.016 050
15、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？,答案放出能量7.97 MeV,答案,解析,反应前各核子总质量为 mp2mn(1.007 27721.008 665) u3.024 607 u， 反应后新核的质量为mH3.016 050 u， 质量亏损为m(3.024 6073.016 050) 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 557931.5 MeV7.97
16、 MeV.,(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？,答案7.97 MeV2.66 MeV,答案,解析,解析氚核的结合能即为E7.97 MeV，,核能的两种单位换算技巧 1.若以kg为质量亏损m的单位，则计算时应用公式Emc2，核能的单位为J. 2.若以原子单位“u”为质量亏损m的单位，则Em931.5 MeV，核能的单位为MeV. 3.两种单位的换算：1 MeV11061.61019 J1.61013 J.,针对训练3一个锂核( Li)受到一个质子的轰击，变成两个粒子.已知质子的质量是1.672 61027 kg，锂核的质量是11.650 51027 kg，氦核的质量是6.646 61027 kg. (1)写出上述核反应的方程；,答案,解析,(2)计算上述核反应释放出的能量.,答案,解析,答案2.6911012 J,解析核反应的质量亏损mmLimp2m (11.650 510271.672 6102726.646 61027) kg 2.991029 kg
