《高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能名师导航学案 新人教版选修3-5》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能名师导航学案 新人教版选修3-5（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、5 核力与结合能名师导航知识梳理1.组成原子核的核子之间有很强的相互_，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为_，核力是一种_力，它在_距离内表现为引力，在大于_距离内迅速变为零，在小于_距离内表现为斥力.2.排在化学元素周期表比较靠前的元素对应的原子核称为_，比较靠后的元素对应的原子核称为_.3.我们把核子结合成原子核所放出的能量称为原子核的_.疑难突破 对结合能的正确理解剖析：结合能，由于原子核中的核子之间存在着强大的核力，才使原子核成为一个十分坚固的集合体.如果把原子核拆成自由核子，需要克服强大的核力做十分巨大的功，或者说需要巨大的能量.氘核是一个结构较为简单的原子核，实验
2、表明，可用光子使氘核分解为1个质子和1个中子，这时的核反应方程是：+ 入射的光子的能量至少是2.22 MeV.对于相反的过程，当1个质子和1个中子结合成1个氘核时，要放出2.22 MeV的能量.这一能量以光子的形式辐射出去.可见，当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量.这个能量叫做原子核的结合能.当然，2.22 MeV的能量的绝对数量并不算大，但这只是组成1个氘核所放出的能量.如果组成的是6.021023个氘核，放出的能量就十分可观了.与之相对照的是使1摩尔的碳完全燃烧放出的能量为393.5103 J.折合为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不过4 eV.若跟
3、上述核反应中每个原子可能放出的能量相比，两者相差数十万倍.问题探究问题：核反应中释放出的能量与亏损质量有什么关系？探究：质能方程和质量亏损（1）核能：由于原子核中的核子间存在强大的核力，使原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出巨大的能量，把核反应中放出的能量称为核能.（2）质能方程：E=mc2.质能方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大质量也增大，能量减少质量也减少.（质量和能量是两个完全不同的概念，两者不能混为一谈）（3）质量亏损m凡是释放核能的核反应，反应后各原子核（新生
4、核）及微观粒子的质量（即静止质量）之和都会变小，两者的差值就叫做质量亏损.（凡吸收能量的核反应，其生成物的质量之和大于反应物的质量之和）注意：爱因斯坦的质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系.（即核反应中的质量亏损，并不是由这部分质量消失或转化的）.根据爱因斯坦的相对论，辐射出的光子静止质量为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于质量的亏损，此外，质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的个数是不变的.（4）核反应中释放的核能E.核反应中释放的核能E满足质能方程E=mc2.计算核能，须紧紧抓住质量亏损.探究结论：核反应中释放出的能量与亏损
5、质量的关系是E=mc2.典题精讲【例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”是消失的质量转变成的D.因在核反应中能产生能量，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思路解析：E=mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确.核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不
6、是质量转变成能量，故C项错误.在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误.答案：B【例2】 已知氮核质量mN=14.007 35 u，氧核质量mO=17.004 54 u，氦核质量mHe=4.003 87 u质子质量mH=1.008 15 u，试判断核反应：是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？思路解析：反应前总质量mN+mHe=18.011 40 u反应后总质量mO+mHe=18.012 69 u因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸能量为E=mc2=(mN+mHe)-(mO+mH)c2=(18
7、.012 69-18.011 40)931.5 MeV=1.2 MeV.答案：吸能反应 能量变化量为1.2 MeV知识导学 我们前面学习了放射现象，那只不过是我们从放射性的现象上对原子核进行了一个间接的了解，从本节开始我们就要真正进入原子核的内部对其进行探究，要学好本节内容除了要对本章前几节内容进行复习之外，还应注意以下几点：（1）在了解核力的性质时和我们已经掌握的分子力的性质进行对比，找出异同，以达到增强记忆的目的.（2）在学习结合能时要从能量守恒的角度进行思考.疑难导析 在谈到结合能和质量亏损时，有的学生误认为：当核子组成原子核时，有质量亏损，放出结合能的过程中，是质量变成能量.这是对质能
8、方程的一种误解.按相对论，物体的质量是与速度有关的量，当物体的速度越大时，物体的质量越大.物体运动时的运动质量与物体静止时静止质量间存在一定关系.当物体以远小于光速运动时，质量的这一变化很不明显.上述所说的质子、中子、原子核的质量都是指静止质量.质量亏损，是静止质量发生了变化，但在这一过程中，2.22 MeV的能量是以辐射光子形式放出的.光子的静止质量为零，但这个光子的运动质量为：光子的能量/c2.由此可见，当计算光子的质量时，虽说反应前后发生了质量亏损，这部分亏损，与光子的运动质量是相同的.反应前后的质量仍是守恒量，质量亏损并非这部分质量消失.当然，也就不存在质量转变成能量的问题.问题导思
9、要理解这一问题首先应从质能方程入手进行思考： 如何求出原子核的结合能呢？伟大的物理学家爱因斯坦从相对论得出质量和能量之间存在如下的关系：E=mc2. 这个方程叫做爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程，式中c是真空中的光速，m是物体的质量，E是物体的能量.该方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比.由于c2这个数值巨大，因而物体的能量是十分可观的，质量为1 kg的物体所具有能量为91016 J，这一能量相当于一个100万千瓦的发电厂三年的发电量.对此，爱因斯坦曾说过：“把任何惯性质量理解为能量的一种贮藏，看来要自然得多.”物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因
10、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m的关系：E=mc2. 问题是，为了获得能量E，怎样产生相应的m，当自由核子组成原子核时，要放出结合能，原子核的能量比组成原子核的核子的能量小，所以原子核的质量要比组成核的核子质量小.典题导考黑色陷阱：本题易错解为A、D.错解分析：认为质能方程E=mc2反映了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化，故认为A正确.由于在核反应中有能量产生且伴随着质量亏损，就错误地认为有质量的转化，认为在反应前后总能量不守恒，总质量亦不守恒，故认为D项正确.【典题变式1】 一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，已知铀核的质量为3.853 13110-25 k
11、g，钍核的质量为3.786 56710-25 kg，粒子的质量为6.64 67210-27 kg.在这个衰变过程中释放出的能量等于_J（保留两位有效数字）.答案：8.710-13绿色通道：核能的计算方法为：（1）根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损乘以真空中光速的平方：E=mc2.(2)根据1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即E=m931.5 MeV.【典题变式2】一个锂核（）受到一个质子轰击，变成两个粒子，这一过程的核反应方程是_.已知一个氢原子质量为1.673 610-27 kg，一个锂原子的质量是11.650 510-27 kg，一个氦原子质量是6.646 610-27 kg，上述反应所释放的能量为_J.答案：+ 2.7810-121
