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1、第四节核力与结合能第四节核力与结合能第四章第四章 原子核原子核 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接学学 习习目目 标标1知道核力及其性质知道核力及其性质2知道轻核与重核知道轻核与重核3掌握结合能和平均结合能的概念掌握结合能和平均结合能的概念4知知道道质质量量亏亏损损，理理解解爱爱因因斯斯坦坦质质能能方方程程并并能能进行有关核能的计算进行有关核能的计算 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接核力及其性质核力及其性质一一些些较较轻轻的的原原子子核核如如 中中质质子子数数和中子数有什么关系？和中子数有什么关系？提示：提示：质子数与中子数大致相等质子数与中子数大致相等1核力
2、的定义核力的定义组组成成原原子子核核的的核核子子之之间间有有很很强强的的相相互互作作用用力力，使使核核子子能能够够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接2核力的性质核力的性质(1)核核力力是是一一种种很很强强的的力力，是是强强相相互互作作用用的的一一种种表表现现，在在原原子子核的尺度内，核力比库仑力大得多核的尺度内，核力比库仑力大得多(2)核核力力是是一一种种短短程程力力，在在距距离离较较大大时时核核力力远远小小于于库库仑仑力力，在在距距离离较较小小时时核核力力远远大大于于库库仑仑力力在在
3、距距离离小小于于0.5 m时时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起(3)核核力力与与核核子子是是否否带带电电无无关关，在在原原子子核核中中，质质子子与与质质子子、中中子与中子、中子与质子间的核力大致相等子与中子、中子与质子间的核力大致相等 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 (4)核核力力是是一一种种具具有有饱饱和和性性质质的的交交换换力力，即即一一个个核核子子只只与与邻邻近近的的几几个个核核子子作作用用，而而不不是是和和原原子子核核内内所所有有核核子子作作用用这这种种性性质称为核力的饱和性质称为核力的饱和性3注意注意(1)自自然然界界中中最最基
4、基本本的的四四种种相相互互作作用用是是：引引力力相相互互作作用用、电电磁磁相相互互作作用用、强强相相互互作作用用和和弱弱相相互互作作用用其其中中，引引力力相相互互作作用用和和电电磁磁相相互互作作用用是是长长程程力力，强强相相互互作作用用和和弱弱相相互互作作用用是是短短程程力力(2)弱弱相相互互作作用用，作作用用范范围围在在 m以以内内，作作用用强强度度比比电电磁磁力力小小，是是引引起起原原子子核核衰衰变变的的原原因因，即即引引起起中中子子向向质质子子转转变变的的原因原因 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 (多选多选)对于核力，以下说法正确的是对于核力，以下说法正确的是()A核
5、力是弱相互作用，作用力很小核力是弱相互作用，作用力很小B核力是强相互作用的表现，是强力核力是强相互作用的表现，是强力C核核子子之之间间的的距距离离小小于于0.8 m时时，核核力力表表现现为为斥斥力力，因此核子不会融合在一起因此核子不会融合在一起D人人们们对对核核力力的的了了解解很很清清楚楚，特特别别是是在在小小于于0.8 m时核力的变化规律更清楚时核力的变化规律更清楚 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接解解析析：要要掌掌握握好好核核力力的的基基本本特特点点，掌掌握握核核力力与与万万有有引引力力、电电磁力的区别磁力的区别，这是解决核力问题的关键这是解决核力问题的关键核核力力是是强
6、强相相互互作作用用的的一一种种表表现现，它它的的作作用用范范围围在在1.5 m之之内内，核核力力比比库库仑仑力力大大得得多多，因因此此选选项项B正正确确、A错错误误核核力力在在大大于于0.8 m时时表表现现为为吸吸引引力力，且且随随距距离离的的增增大大而而减减小小；在在距距离离小小于于0.8 m时时，核核力力表表现现为为斥斥力力，因因此此核核子子不不会会融融合合在在一一起起，所所以以选选项项C正正确确人人们们对对核核力力的的了了解解还还不不是是很很清楚清楚，这正是科学家们奋力攻克的堡垒这正是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项故选项D不正确不正确答案：答案：BC 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考
7、点篇 栏目链接 课堂训练课堂训练1(多选多选)下列关于核力的说法中正确的是下列关于核力的说法中正确的是(BC)A核力存在于任何核子之间核力存在于任何核子之间B核力只存在于相邻的核子之间核力只存在于相邻的核子之间C核力是一种短程的强作用力核力是一种短程的强作用力D核力与万有引力性质相同核力与万有引力性质相同解解析析：核核力力是是强强作作用用力力、短短程程力力，只只存存在在于于相相邻邻的的核核子子间间， A错错误误，B、C正正确确；而而核核力力与与万万有有引引力力是是不不同同性性质质的的力力，D错误错误重核与轻核、质能方程重核与轻核、质能方程 、 中中各各有有多多少少个个中中子子、多多少少个个质质
8、子子？较较重重的的原原子核中中子数和质子数有什么关系？子核中中子数和质子数有什么关系？提提示示： 中中含含有有92个个质质子子、146个个中中子子； 中中含含有有90个个质质子子，144个个中中子子较较重重的的原原子子核核中中中中子子数数大大于于质质子子数数，而且越重的原子核而且越重的原子核，两者相差越多两者相差越多 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接1重核与轻核重核与轻核(1)重核：排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核重核：排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核(2)轻核：排在周期表比较靠前的元素对应的原子核叫轻核轻核：排在周期表比较靠前的元素对应的原子核叫轻核(3
9、)排排在在83号号元元素素铋铋之之后后的的原原子子核核都都不不稳稳定定，它它们们自自动动分分解解或或衰衰变变成成更更轻轻的的原原子子核核，排排在在第第92号号元元素素铀铀之之后后的的原原子子核核十十分分不稳定，无法在自然状态下存在不稳定，无法在自然状态下存在2质量亏损质量亏损(1)定定义义：原原子子核核的的质质量量小小于于组组成成原原子子核核的的核核子子质质量量之之和和的的现现象称为质量亏损象称为质量亏损(2)理理解解：所所谓谓质质量量亏亏损损并并不不是是部部分分质质量量消消失失，或或质质量量转转变变为为能能量量，而而是是指指静静止止质质量量发发生生了了变变化化物物体体的的质质量量包包括括静静
10、止止质质量量和和运运动动质质量量，质质量量亏亏损损时时，减减少少的的静静止止质质量量转转化化为为和辐射能量相联系的运动质量和辐射能量相联系的运动质量3质能方程质能方程(1)公公式式：爱爱因因斯斯坦坦的的相相对对论论指指出出，物物体体的的能能量量和和质质量量之之间间存在着密切的联系，其关系是存在着密切的联系，其关系是这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接 (2)进一步理解：进一步理解：质质能能方方程程揭揭示示了了质质量量和和能能量量不不可可分分割割，一一定定质质量量的的物物体体所所具具有的能
11、量是确定的，等于光速的平方与其质量的乘积有的能量是确定的，等于光速的平方与其质量的乘积质质量量和和能能量量是是物物质质的的属属性性之之一一，质质量量和和能能量量在在数数值值上上的的联联系系绝绝不不等等于于这这两两个个量量，可可相相互互转转化化，质质量量不不能能转转化化为为能能量量，能能量量也不会转化为质量也不会转化为质量4注意注意(1)核核反反应应中中遵遵循循质质量量守守恒恒和和能能量量守守恒恒，质质量量亏亏损损并并不不违违反反质质量量守守恒恒(2)质质量量亏亏损损也也不不是是核核子子个个数数的的减减少少，核核反反应应中中核核子子个个数数是不变的是不变的 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点
12、篇 栏目链接 某核反应方程为某核反应方程为 .已已知知 的的质质量量为为2.013 6 u 的的质质量量为为3.018 0 u， 的的质质量量为为4.002 6 u，X的的质质量量为为1.008 7 u则则下下列列说说法法中中正正确确的是的是()AX是质子，该反应释放能量是质子，该反应释放能量BX是中子，该反应释放能量是中子，该反应释放能量CX是质子，该反应吸收能量是质子，该反应吸收能量DX是中子，该反应吸收能量是中子，该反应吸收能量 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接解解析析：由由题题目目所所给给核核反反应应方方程程式式，根根据据核核反反应应过过程程质质量量数数、电电荷荷数数
13、守守恒恒规规律律，可可得得 ，X为为中中子子，在在该该反反应应发发生生前前反反应应物物的的总总质质量量m12.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u，反反应应后后产产物物总总质质量量m24.002 6 u1.008 7 u5.011 3 u总总质质量量减减少少，出出现现了了质质量量亏亏损损根根据据爱爱因因斯斯坦坦的的质能方程可知该反应释放能量质能方程可知该反应释放能量，故故B正确正确 答案：答案：B方方法法总总结结：在在核核反反应应中中，是是释释放放能能量量还还是是吸吸收收能能量量，需需要要确确定定反反应应前前、后后质质量量的的变变化化若若质质量量减减少少即即发发生生了了质质量量亏
14、亏损损，则释放出能量则释放出能量，反之吸收能量反之吸收能量 目标篇目标篇 预习篇预习篇 考点篇考点篇 栏目链接由由于于不不明明确确质质量量亏亏损损的的含含义义和和与与能能量量的的关关系系，易易误误选选D.注注意意此反应过程质量发生亏损此反应过程质量发生亏损，释放出能量释放出能量 课堂训练课堂训练2下列说法中下列说法中，正确的是正确的是(B)A爱爱因因斯斯坦坦质质能能方方程程反反映映了了物物体体的的质质量量就就是是能能量量，它它们们之之间间可以相互转化可以相互转化B由由E 可可知知，能能量量与与质质量量之之间间存存在在着着正正比比关关系系，可可以以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度用物体的质量
15、作为它所蕴藏的能量的量度C核反应中发现的核反应中发现的“质量亏损质量亏损”是消失的质量转变成为能量是消失的质量转变成为能量D因因在在核核反反应应中中能能产产生生能能量量，有有质质量量的的转转化化，所所以以系系统统只只有质量数守恒有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒系统的总能量和总质量并不守恒解解析析：E 说说明明能能量量与与质质量量之之间间存存在在着着正正比比关关系系，并并不不能能说说明明能能量量和和质质量量之之间间存存在在相相互互转转化化的的关关系系，故故A错错，B对对质质量量亏亏损损是是由由静静止止的的质质量量变变成成运运动动的的质质量量，并并不不是是质质量量转转化化成成能能量量，故
16、故C错错核核反反应应中中质质量量守守恒恒，能能量量也也守守恒恒，故故D错错结合能结合能设设有有一一个个质质子子和和一一个个中中子子在在核核力力作作用用下下靠靠近近碰碰撞撞并并结结合合成成一一个个氘氘核核质质子子和和中中子子结结合合成成氘氘核核的的过过程程中中是是释释放放能能量量还还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？提提示示：质质子子和和中中子子结结合合成成原原子子核核的的过过程程中中要要释释放放能能量量；氘氘核分解成质子和中子时要吸收能量核分解成质子和中子时要吸收能量1结合能结合能(1)概概念念：由由于于核核子子间间存存在在着着强强大大
17、的的核核力力，要要把把原原子子核核拆拆散散成成核核子子，需需要要克克服服核核力力做做功功，也也就就是是说说需需要要提提供供一一定定的的能能量量反反之之，根根据据能能量量守守恒恒，核核子子结结合合成成原原子子核核时时也也会会放放出出一一定定的的能量我们把这个能量叫做原子核的结合能能量我们把这个能量叫做原子核的结合能(2)理理解解：一一个个氘氘核核被被拆拆成成一一个个中中子子和和一一个个质质子子时时，需需要要能能量量等于或大于等于或大于2.2 MeV，可用，可用光子照射获得核反应方程为光子照射获得核反应方程为相相反反的的过过程程，当当一一个个中中子子和和一一个个质质子子结结合合成成一一个个氘氘核核
18、时时会会释释放放出出2.2 MeV的的能能量量这这个个能能量量以以光光子子的的形形式式辐辐射射出出去去核核反应方程为反应方程为2平均结合能平均结合能(1)概概念念：原原子子核核的的结结合合能能与与核核子子数数之之比比称称为为该该原原子子核核的的平平均结合能均结合能(2)意意义义：平平均均结结合合能能的的大大小小能能够够反反映映核核的的紧紧密密程程度度平平均均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定(3)规规律律：核核子子数数较较小小的的轻轻核核与与核核子子数数较较大大的的重重核核，平平均均结结合合能能都都比比较较小小；中中等等核核子子数数的的原原
19、子子核核，平平均均结结合合能能较较大大，表示这些原子核较稳定表示这些原子核较稳定3核能的计算核能的计算(1)根据国际单位制计算根据国际单位制计算根根据据核核反反应应方方程程，计计算算核核反反应应前前和和核核反反应应后后的的质质量量亏亏损损m.根根据据爱爱因因斯斯坦坦质质能能方方程程E 计计算算核核能能其其中中m的的单单位是千克，位是千克，E的单位是焦耳的单位是焦耳(2)根据实用单位计算根据实用单位计算明确原子单位明确原子单位u和电子伏特间的关系：和电子伏特间的关系：由由E 得：得：E eV931.5 MeV.根根据据1原原子子质质量量单单位位(u)相相当当于于931.5 MeV能能量量，用用核
20、核子子结结合合成成原原子子核核时时质质量量亏亏损损的的原原子子质质量量单单位位数数乘乘以以931.5 MeV，即即Em931.5 MeV其中其中m的单位是的单位是u，E的单位是的单位是MeV.(3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能根据能量守恒和动量守恒来计算核能参参与与核核反反应应的的粒粒子子所所组组成成的的系系统统，在在核核反反应应过过程程中中的的动动量量和和能能量量是是守守恒恒的的，因因此此，利利用用动动量量和和能能量量守守恒恒可可以以计计算算出出核核能能的变化的变化 在在某某些些恒恒星星内内，3个个粒粒子子结结合合成成1个个 核核， 原原子子的的质质量量是是12.000 0 u， 原原子
21、子的的质质量量是是4.002 6 u已已知知1 u1.66 kg，则错误的选项为，则错误的选项为()A反应过程中的质量亏损是反应过程中的质量亏损是0.007 8 uB反应过程中的质量亏损是反应过程中的质量亏损是1.29 kgC反应过程中释放的能量是反应过程中释放的能量是7.27 MeVD反应过程中释放的能量是反应过程中释放的能量是1.16 J解解析析：由由题题意意可可得得核核反反应应方方程程为为 E，则则核核反反应应中中的的质质量量亏亏损损为为m(34.002 612.000 0) u0.007 81.66 kg1.29 kg，由由 质质 能能 方方 程程 得得 E mc2 1.29 (3 J
22、 1.161 J7.27 MeV，故故A、B、C正确正确，D错错 答案：答案：D方法总结：方法总结：核能的计算方法核能的计算方法(1)根据质量亏损计算根据质量亏损计算根据核反应方程根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损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根据爱因斯坦质能方程E 计算核能计算核能其中其中m的单位是千克的单位是千克，E的单位是焦耳的单位是焦耳(2)利用原子质量单位利用原子质量单位u和电子伏特计算和电子伏特计算Em931.5 MeV.其中其中m的单位是的单位是u，E的单位是的单位是MeV.(3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能根据能量守恒和动量守恒来计算
23、核能参参与与核核反反应应的的粒粒子子所所组组成成的的系系统统，在在核核反反应应过过程程中中的的动动量量和和能能量量是是守守恒恒的的，因因此此，利利用用动动量量和和能能量量守守恒恒可可以以计计算算出出核能的变化核能的变化(4)利用平均结合能来计算核能利用平均结合能来计算核能原原子子核核的的结结合合能能核核子子的的平平均均结结合合能能核核子子数数核核反反应应中中反反应应前前系系统统内内所所有有原原子子核核的的总总结结合合能能与与反反应应后后生生成成的的所所有有新新核核的的总总结结合合能能之之差差，就就是是该该次次核核反反应应所所释释放放(或或吸吸收收)的的核核能能3一一个个锂锂核核( )受受到到一
24、一个个质质子子的的轰轰击击，变变成成两两个个粒粒子子已已知知一一个个氢氢原原子子核核的的质质量量是是1.672 6 kg，一一个个锂锂核核的的质质量量是是11.650 5 kg，一一个个氦氦核核的的质质量量是是6.646 6 kg.(1)试写出这一过程的核反应方程；试写出这一过程的核反应方程；(2)计算这一过程中的质量亏损；计算这一过程中的质量亏损；(3)计算这一过程中所释放的核能计算这一过程中所释放的核能解析：解析：(1)这一过程的核反应方程为：这一过程的核反应方程为：(2)质质量量亏亏损损mmLimH2m11.650 5 kg1.672 6 kg26.646 6 kg2.99 kg.(3)释释放放核核能能：Emc22.99 (3.0 J2.691 J.
