第四節(jié)核力與結(jié)合能,第四章原子核,欄目鏈接,學(xué)習(xí)目標(biāo),1知道核力及其性質(zhì)2知道輕核與重核3掌握結(jié)合能和平均結(jié)合能的概念4知道質(zhì)量虧損，理解愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程并能進(jìn)行有關(guān)核能的計(jì)算,欄目鏈接,核力及其性質(zhì),一些較輕的原子核如中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有什么關(guān)系？提示：質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等,1核力的定義組成原子核的核子之間有很強(qiáng)的相互作用力，使核子能夠克服庫(kù)侖斥力而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱(chēng)為核力,欄目鏈接,2核力的性質(zhì)(1)核力是一種很強(qiáng)的力，是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多(2)核力是一種短程力，在距離較大時(shí)核力遠(yuǎn)小于庫(kù)侖力，在距離較小時(shí)核力遠(yuǎn)大于庫(kù)侖力在距離小于0.5m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起(3)核力與核子是否帶電無(wú)關(guān)，在原子核中，質(zhì)子與質(zhì)子、中子與中子、中子與質(zhì)子間的核力大致相等,(4)核力是一種具有飽和性質(zhì)的交換力，即一個(gè)核子只與鄰近的幾個(gè)核子作用，而不是和原子核內(nèi)所有核子作用這種性質(zhì)稱(chēng)為核力的飽和性3注意(1)自然界中最基本的四種相互作用是：引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用和弱相互作用其中，引力相互作用和電磁相互作用是長(zhǎng)程力，強(qiáng)相互作用和弱相互作用是短程力(2)弱相互作用，作用范圍在m以?xún)?nèi)，作用強(qiáng)度比電磁力小，是引起原子核衰變的原因，即引起中子向質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因,欄目鏈接,(多選)對(duì)于核力，以下說(shuō)法正確的是()A核力是弱相互作用，作用力很小B核力是強(qiáng)相互作用的表現(xiàn)，是強(qiáng)力C核子之間的距離小于0.8m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起D人們對(duì)核力的了解很清楚，特別是在小于0.8m時(shí)核力的變化規(guī)律更清楚,欄目鏈接,解析：要掌握好核力的基本特點(diǎn)，掌握核力與萬(wàn)有引力、電磁力的區(qū)別，這是解決核力問(wèn)題的關(guān)鍵核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5m之內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多，因此選項(xiàng)B正確、A錯(cuò)誤核力在大于0.8m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離的增大而減??；在距離小于0.8m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起，所以選項(xiàng)C正確人們對(duì)核力的了解還不是很清楚，這正是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故選項(xiàng)D不正確答案：BC,欄目鏈接,課堂訓(xùn)練1(多選)下列關(guān)于核力的說(shuō)法中正確的是(BC)A核力存在于任何核子之間B核力只存在于相鄰的核子之間C核力是一種短程的強(qiáng)作用力D核力與萬(wàn)有引力性質(zhì)相同解析：核力是強(qiáng)作用力、短程力，只存在于相鄰的核子間，A錯(cuò)誤，B、C正確；而核力與萬(wàn)有引力是不同性質(zhì)的力，D錯(cuò)誤,重核與輕核、質(zhì)能方程,、中各有多少個(gè)中子、多少個(gè)質(zhì)子？較重的原子核中中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)有什么關(guān)系？提示：中含有92個(gè)質(zhì)子、146個(gè)中子；中含有90個(gè)質(zhì)子，144個(gè)中子較重的原子核中中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，而且越重的原子核，兩者相差越多,欄目鏈接,1重核與輕核(1)重核：排在周期表比較靠后的元素對(duì)應(yīng)的原子核叫重核(2)輕核：排在周期表比較靠前的元素對(duì)應(yīng)的原子核叫輕核(3)排在83號(hào)元素鉍之后的原子核都不穩(wěn)定，它們自動(dòng)分解或衰變成更輕的原子核，排在第92號(hào)元素鈾之后的原子核十分不穩(wěn)定，無(wú)法在自然狀態(tài)下存在2質(zhì)量虧損(1)定義：原子核的質(zhì)量小于組成原子核的核子質(zhì)量之和的現(xiàn)象稱(chēng)為質(zhì)量虧損,(2)理解：所謂質(zhì)量虧損并不是部分質(zhì)量消失，或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰浚侵胳o止質(zhì)量發(fā)生了變化物體的質(zhì)量包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損時(shí)，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量3質(zhì)能方程(1)公式：愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，其關(guān)系是這就是著名的愛(ài)因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程，簡(jiǎn)稱(chēng)質(zhì)能方程,欄目鏈接,(2)進(jìn)一步理解：質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量不可分割，一定質(zhì)量的物體所具有的能量是確定的，等于光速的平方與其質(zhì)量的乘積質(zhì)量和能量是物質(zhì)的屬性之一，質(zhì)量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系絕不等于這兩個(gè)量，可相互轉(zhuǎn)化，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化為能量，能量也不會(huì)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量4注意(1)核反應(yīng)中遵循質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量虧損并不違反質(zhì)量守恒(2)質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個(gè)數(shù)是不變的,欄目鏈接,某核反應(yīng)方程為.已知的質(zhì)量為2.0136u的質(zhì)量為3.0180u，的質(zhì)量為4.0026u，X的質(zhì)量為1.0087u則下列說(shuō)法中正確的是()AX是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量BX是中子，該反應(yīng)釋放能量CX是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量DX是中子，該反應(yīng)吸收能量,欄目鏈接,解析：由題目所給核反應(yīng)方程式，根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可得，X為中子，在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m12.0136u3.0180u5.0316u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m24.0026u1.0087u5.0113u總質(zhì)量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程可知該反應(yīng)釋放能量，故B正確答案：B方法總結(jié)：在核反應(yīng)中，是釋放能量還是吸收能量，需要確定反應(yīng)前、后質(zhì)量的變化若質(zhì)量減少即發(fā)生了質(zhì)量虧損，則釋放出能量，反之吸收能量,欄目鏈接,由于不明確質(zhì)量虧損的含義和與能量的關(guān)系，易誤選D.注意此反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量發(fā)生虧損，釋放出能量課堂訓(xùn)練2下列說(shuō)法中，正確的是(B)A愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B由E可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)藏的能量的量度,C核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量D因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒，系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒解析：E說(shuō)明能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，并不能說(shuō)明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故A錯(cuò)，B對(duì)質(zhì)量虧損是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量，故C錯(cuò)核反應(yīng)中質(zhì)量守恒，能量也守恒，故D錯(cuò),結(jié)合能,設(shè)有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子在核力作用下靠近碰撞并結(jié)合成一個(gè)氘核質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過(guò)程中是釋放能量還是吸收能量？使氘核分解為質(zhì)子和中子的過(guò)程中呢？提示：質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核的過(guò)程中要釋放能量；氘核分解成質(zhì)子和中子時(shí)要吸收能量,1結(jié)合能(1)概念：由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是說(shuō)需要提供一定的能量反之，根據(jù)能量守恒，核子結(jié)合成原子核時(shí)也會(huì)放出一定的能量我們把這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能(2)理解：一個(gè)氘核被拆成一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子時(shí)，需要能量等于或大于2.2MeV，可用光子照射獲得核反應(yīng)方程為相反的過(guò)程，當(dāng)一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氘核時(shí)會(huì)釋放出2.2MeV的能量這個(gè)能量以光子的形式輻射出去核反應(yīng)方程為,2平均結(jié)合能(1)概念：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱(chēng)為該原子核的平均結(jié)合能(2)意義：平均結(jié)合能的大小能夠反映核的緊密程度平均結(jié)合能越大，原子核就越難拆開(kāi)，表示該核越穩(wěn)定(3)規(guī)律：核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較?。恢械群俗訑?shù)的原子核，平均結(jié)合能較大，表示這些原子核較穩(wěn)定3核能的計(jì)算(1)根據(jù)國(guó)際單位制計(jì)算,根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E計(jì)算核能其中m的單位是千克，E的單位是焦耳(2)根據(jù)實(shí)用單位計(jì)算明確原子單位u和電子伏特間的關(guān)系：由E得：EeV931.5MeV.,根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV，即Em931.5MeV其中m的單位是u，E的單位是MeV.(3)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒來(lái)計(jì)算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)量和能量是守恒的，因此，利用動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核能的變化,在某些恒星內(nèi)，3個(gè)粒子結(jié)合成1個(gè)核，原子的質(zhì)量是12.0000u，原子的質(zhì)量是4.0026u已知1u1.66kg，則錯(cuò)誤的選項(xiàng)為()A反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是0.0078uB反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是1.29kgC反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是7.27MeVD反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是1.16J解析：由題意可得核反應(yīng)方程為E，則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m(34.002612.0000)u0.00781.66kg1.29kg，,由質(zhì)能方程得Emc21.29(3J1.161J7.27MeV，故A、B、C正確，D錯(cuò)答案：D方法總結(jié)：核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程E計(jì)算核能其中m的單位是千克，E的單位是焦耳(2)利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算Em931.5MeV.,其中m的單位是u，E的單位是MeV.(3)根據(jù)能量守恒和動(dòng)量守恒來(lái)計(jì)算核能參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過(guò)程中的動(dòng)量和能量是守恒的，因此，利用動(dòng)量和能量守恒可以計(jì)算出核能的變化(4)利用平均結(jié)合能來(lái)計(jì)算核能原子核的結(jié)合能核子的平均結(jié)合能核子數(shù)核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能,3一個(gè)鋰核()受到一個(gè)質(zhì)子的轟擊，變成兩個(gè)粒子已知一個(gè)氫原子核