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1、高中物理高中物理选修选修3-5粤教版粤教版第四节第四节核力与结合能核力与结合能目标定位目标定位1.知道核力及其性知道核力及其性质.2.知道重核与知道重核与轻核，知道重核，知道重核与核与轻核中中子数与核中中子数与质子数的数量多少关系子数的数量多少关系.3.掌握掌握结合能和合能和平均平均结合能的概念合能的概念.4.知道知道质量量亏亏损，理解，理解爱因斯坦因斯坦质能方程，能方程，并能并能进行有关核能的行有关核能的计算算一、核力及其性质一、核力及其性质1组成原子核的组成原子核的_之间有很之间有很_的相互作用力，使核子能够的相互作用力，使核子能够克服克服_而紧密地结合在一起，这种力称为核力而紧密地结合在
2、一起，这种力称为核力2核力是一种很核力是一种很_的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的多的多3核力是一种核力是一种_力在约力在约0.51015m21015m的距离内的距离内主要表现为主要表现为_力；大于力；大于21015m的距离时核力就迅速减小的距离时核力就迅速减小为为_；在小于；在小于0.51015m的距离内，核力又转变为强大的的距离内，核力又转变为强大的_力而使核子不融合在一起力而使核子不融合在一起核子核子强强库仑斥力斥力强强短程短程引引零零斥斥二、重核与轻核二、重核与轻核原子核中的原子核中的_又称为原子序数，排在周期表比较靠又称为原子序数，排在周期表比
3、较靠_的元素对应的原子核叫做重核，排在比较靠的元素对应的原子核叫做重核，排在比较靠_的叫做轻的叫做轻核一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数核一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数_，但是大多数重核是中子但是大多数重核是中子_质子质子三、结合能三、结合能1结合能：由于核子合能：由于核子间存在着存在着强强大的核力，要把原子核拆散大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能需要提供一定的能量反量反过来，根据能量守恒，核子来，根据能量守恒，核子结合成原子核合成原子核时也会也会_一定的能量，一定的能量，这个能量叫做原子核的个能量叫做原子
4、核的_质子数子数后后前前相等相等多于多于放出放出结合能合能2用高能量的用高能量的光子照射光子照射氘核，可以使它分解核，可以使它分解为质子和中子，子和中子，核反核反应方程是方程是_光子的能量大于或等于光子的能量大于或等于2.22MeV.相反的相反的过程，一个中子和一个程，一个中子和一个质子子结合成合成氘核会核会释放出放出2.22MeV的能量的能量这个能量以个能量以光子的形式光子的形式辐射出去核射出去核反反应方程是方程是nH_3平均平均结合能：原子核的合能：原子核的结合能与合能与_之比称之比称为该原子核原子核的平均的平均结合能平均合能平均结合能越大，表示原子核中核子合能越大，表示原子核中核子结合合
5、得越得越_、原子核越、原子核越_，_的核的平均的核的平均结合能合能最大、最最大、最稳定定核子数核子数牢固牢固稳定定中等大小中等大小四、爱因斯坦质能方程与质量亏损四、爱因斯坦质能方程与质量亏损1爱因斯坦质能方程：爱因斯坦质能方程：Emc2或或Emc22质量亏损：核子结合成原子核时，反应前和反应后的质量亏损：核子结合成原子核时，反应前和反应后的_叫质量亏损亏损的质量与反应中释放的能量相对应，叫质量亏损亏损的质量与反应中释放的能量相对应，它们之间的关系遵循爱因斯坦的质能方程为它们之间的关系遵循爱因斯坦的质能方程为E_想一想想一想有人有人认为质量量亏亏损就是核子的个数就是核子的个数变少了，少了，这种种
6、认识对不不对？答案答案不不对在核反在核反应中中质量数守恒即核子的个数不量数守恒即核子的个数不变，只是核子只是核子组成原子核成原子核时，仿佛，仿佛变“轻”了一些，原子核的了一些，原子核的质量量总是小于其全部核子是小于其全部核子质量之和，即量之和，即发生了生了质量量亏亏损，核，核子的个数并没有子的个数并没有变化化.质量量mc2之差之差一、对核力的理解一、对核力的理解核力是原子核内核子与核子之间的相互作用，它发生在质核力是原子核内核子与核子之间的相互作用，它发生在质子与质子之间、质子与中子之间、中子与中子之间，是一子与质子之间、质子与中子之间、中子与中子之间，是一种超短程力，且是一种强相互作用，在作
7、用的范围内，核种超短程力，且是一种强相互作用，在作用的范围内，核力远大于库仑力力远大于库仑力【例例1】(双选双选)对于核力，以下于核力，以下说法正确的是法正确的是()A核力是弱相互作用，作用力很小核力是弱相互作用，作用力很小B核力是核力是强强相互作用的表相互作用的表现，是，是强强力力C核子之核子之间的距离小于的距离小于0.51015m时，核力表，核力表现为斥斥力，因此核子不会融合在一起力，因此核子不会融合在一起D人人们对核力的了解很清楚，特核力的了解很清楚，特别是在小于是在小于0.51015m时核力的核力的变化化规律更清楚律更清楚答案答案BC解析解析要掌握好核力的基本特点，掌握核力与万有引力、
8、要掌握好核力的基本特点，掌握核力与万有引力、电磁力的区别，这是解决核力问题的关键电磁力的区别，这是解决核力问题的关键核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.51015m之内，核力比库仑力大得多，因此选项之内，核力比库仑力大得多，因此选项B正确、正确、A错误；错误；核力在大于核力在大于0.51015m且小于且小于2.01015m时表现为吸引时表现为吸引力，且随距离的增大而减小；在距离小于力，且随距离的增大而减小；在距离小于0.51015m时，时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项C正确；
9、人们对核力的了解还不是很清楚，这正是科学家们正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这正是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项奋力攻克的堡垒，故选项D不正确不正确针对训练针对训练1下列关于核力的说法正确的是下列关于核力的说法正确的是()A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B核力就是电磁力核力就是电磁力C核力是短程力，作用范围在核力是短程力，作用范围在1.51015m之内之内D核力与电荷有关核力与电荷有关答案答案C解析解析核力是短程力，超过核力是短程力，超过1.51015m，核力急剧下降几，核力急剧下降几乎消失，故乎消失，故C正确；核力与万有引力、电磁力不同，
10、故正确；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错；核力与电荷无关，故错；核力与电荷无关，故D错错二、结合能与平均结合能的理解二、结合能与平均结合能的理解1平均结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图平均结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图线如图441所示所示图图441从从图中可看出，中等中可看出，中等质量原子核的平均量原子核的平均结合能大，合能大，轻核和核和重核的平均重核的平均结合能都比中等合能都比中等质量的原子核要小量的原子核要小2当平均当平均结合能合能较小的原子核小的原子核转化化为平均平均结合能合能较大的原子大的原子核核时会会释放核能放核能3平均平均结合能越大，表示原子
11、核中核子合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子合得越牢固，原子核越核越稳定，中等核子数的原子核，平均定，中等核子数的原子核，平均结合能合能较大，原子大，原子核核较稳定定【例例2】(单选单选)下列关于下列关于结合能和平均合能和平均结合能的合能的说法中，正法中，正确的有确的有()A核子核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放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出的能量称为结合能合能B平均平均结合能越大的原子核越合能越大的原子核越稳定，因此它的定，因此它的结合能也合能也一定越大一定越大C重核与中等重核与中等质量原子核相比量原子核相比较，重核的，重核的结合能和平均合能和平均结
12、合能都大合能都大D中等中等质量原子核的量原子核的结合能和平均合能和平均结合能均比合能均比轻核的要核的要大大答案答案D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，是吸收能量，A选项错误；平均结合能越大的原子核越稳选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例定，但平均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平均结合能比重核大，但由于核子数如中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中选项错误
13、；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正选项正确确借题发挥借题发挥结合能、平均结合能的对比理解结合能、平均结合能的对比理解(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分解成核子核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分解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结合能越大(2)平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大表
14、明原子核越稳定一般情况下，中等质量的原子核比轻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平均结合能大核和重核的平均结合能大针对训练针对训练2(2012江苏高考江苏高考)一个中子与某原子核一个中子与某原子核发生核反生核反应，生成一个生成一个氘核，其核反核，其核反应方程式方程式为_该反反应放出的能量放出的能量为Q，则氘核的平均核的平均结合能合能为_三、质量亏损和核能的计算三、质量亏损和核能的计算1对质能方程和质量亏损的理解对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程能方程爱因斯坦的相因斯坦的相对论指出，物体的能量和指出，物体的能量和质量之量之间存在着密存在着密切的切的联系，其关系是系，
15、其关系是Emc2.(2)质量量亏亏损质量量亏亏损，并不是，并不是质量消失，减少的量消失，减少的质量在核子量在核子结合成核合成核的的过程中以能量的形式程中以能量的形式辐射出去了物体射出去了物体质量增加，量增加，则总能量随之增加；能量随之增加；质量减少，量减少，总能量也随之减少，能量也随之减少，这时质能能方程也写作方程也写作Emc2.2核能的计算方法核能的计算方法(1)根据根据质量量亏亏损计算算根据核反根据核反应方程，方程，计算核反算核反应前后的前后的质量量亏亏损m.根据根据爱因斯坦因斯坦质能方程能方程Emc2计算核能算核能其中其中m的的单位是千克，位是千克，E的的单位是焦耳位是焦耳(2)利用原子
16、利用原子质量量单位位u和和电子伏特子伏特计算算根据根据1原子原子质量量单位位(u)相当于相当于931.5MeV的能量，用核子的能量，用核子结合成原子核合成原子核时质量量亏亏损的原子的原子质量量单位数乘以位数乘以931.5MeV，即，即Em931.5MeV.其中其中m的的单位是位是u，E的的单位是位是MeV.AX是是质子，子，该反反应释放能量放能量BX是中子，是中子，该反反应释放能量放能量CX是是质子，子，该反反应吸收能量吸收能量DX是中子，是中子，该反反应吸收能量吸收能量答案答案B借题发挥借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质
17、量的变化若反应后质量减少即发生了质量定反应前、后质量的变化若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量由于不明确质量亏损亏损，则释放出能量，反之吸收能量由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系，易误选的含义和与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量亏损，释放出能量答案答案吸收能量吸收能量1.2MeV解析解析反应前总质量：反应前总质量：MNMHe18.01140u，反应后总，反应后总质量：质量：MOMH18.01269u可以看出：反应后总质量可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应吸收的能量利用增加，故该反应是吸收能量的反应吸收的能量利用Emc2来计算，若反应过程中质量增加来计算，若反应过程中质量增加1u，就会吸收，就会吸收931.5MeV的能量，故的能量，故E(18.0126918.01140)931.5MeV1.2MeV.A反反应过程中的程中的质量量亏亏损是是0.0078uB反反应过程中的程中的质量量亏亏损是是1.291029kgC反反应过程中程中释放的能量是放的能量是7.27MeVD反反应过程中程中释放的能量是放的能量是1.161019J答案答案D
