學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精PAGE16-學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精5核力與結(jié)合能［學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解四種基本相互作用，知道核力的特點(diǎn).2.認(rèn)識原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損，并能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算．(重點(diǎn))3。能簡單解釋輕核和重核內(nèi)中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)具有不同比例的原因．(難點(diǎn))一、核力與四種基本相互作用1．核力原子核內(nèi)核子之間的相互作用力．2．核力的特點(diǎn)(1）核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多．(2）核力是短程力,作用范圍在1。5×10－15m之內(nèi)．(3)核力的飽和性:每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用．3．四種基本相互作用4．原子核中質(zhì)子與中子的比例（1）較輕原子核:質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等．（2）較重原子核：中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的元素兩者相差越多．二、結(jié)合能和質(zhì)量虧損1．結(jié)合能原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的,要把它們分開，也需要能量,這就是原子核的結(jié)合能．2．比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能．比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定．中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定．3．質(zhì)能方程物體的能量與它們質(zhì)量的關(guān)系是：E＝mc2。4．質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象．1．思考判斷(正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“×”)(1)核力是強(qiáng)相互作用,在任何情況下都比庫侖力大． (×）（2)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因． (√)（3)比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定． （√）(4)質(zhì)能方程E＝mc2表明了質(zhì)量與能量間的一種對應(yīng)關(guān)系． （√）2．（多選)對核力的認(rèn)識，下列說法正確的是()A．任何核子之間均存在核力B．每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用C．核力只存在于質(zhì)子之間D．核力只發(fā)生在相距1。5×10－15m的核子之間,大于0.8×10－15m為吸引力，而小于0.8×10－15m為斥力［解析]由核力的特點(diǎn)知道，只有相距1。5×10－15m之內(nèi)的核子之間存在核力，核力發(fā)生在核子之間．［答案］BD3．(多選)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中，正確的有(）A．核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量B．原子核拆解成核子時(shí)要吸收能量C．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大D．重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大[解析］核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A、B正確；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核,其結(jié)合能不一定大,例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤．[答案]AB四種基本相互作用及核力的性質(zhì)1．四種基本相互作用在不同尺度上發(fā)揮作用(1）引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”．是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀．萬有引力是長程力．(2)電磁相互作用：電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子,使分子結(jié)合成液體和固體．（3）強(qiáng)力:即強(qiáng)相互作用，在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起，強(qiáng)力是短程力．（4)弱相互作用:弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子。質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因．弱相互作用也是短程力,其力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力?。?．核力的性質(zhì)（1）核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)．（2)核力是短程力．約在10－15m數(shù)量級時(shí)起作用，距離大于0。8×10－15m時(shí)為引力，距離小于0。8×10－15m時(shí)為斥力，距離為10×10－15m時(shí)核力幾乎消失．（3)核力具有飽和性．核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力,而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用．(4）核力具有電荷無關(guān)性．核力與核子電荷無關(guān)．3．原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系(1)較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，其中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多．(2）形成原因：①若質(zhì)子與中子成對地人工構(gòu)建原子核,隨原子核的增大，核子間的距離增大,核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快．所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了．②若只增加中子,因?yàn)橹凶优c其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多．③由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核,一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時(shí)候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的．【例1】關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法,正確的是()A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B．穩(wěn)定的重原子核里,質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多C．原子核都是非常穩(wěn)定的D．由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性,不可能無節(jié)制地增大原子核而仍穩(wěn)定存在［解析]由穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系圖象可知，質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多得越多，故A、B均錯(cuò)誤；由核力作用特點(diǎn)可知，核子數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定,故C錯(cuò)誤,D正確．[答案］D1核力是強(qiáng)相互作用力,只存在于相鄰核子之間。2核力的存在與核子是否帶電及電性無關(guān)。3原子核的穩(wěn)定性與核力和庫侖力的大小關(guān)系有關(guān).1．（多選）對原子核的組成，下列說法正確的是（）A．核力可使一些中子組成原子核B．核力可使非常多的質(zhì)子組成原子核C．自然界中存在只有質(zhì)子的原子核D．質(zhì)量較大的原子核內(nèi)一定有中子［解析]由于原子核帶正電，不存在只有中子的原子核,但核力也不能把非常多的質(zhì)子聚集在一起組成原子核，原因是核力是短程力，質(zhì)子之間還存在“長程力”-—庫侖力，A、B錯(cuò)誤；自然界中存在只有一個(gè)質(zhì)子的原子核，如eq\o\al（1,1)H，C正確;較大質(zhì)量的原子核內(nèi)只有存在一些中子，才能削弱庫侖力，維系原子核的穩(wěn)定，故D正確.［答案］CD對結(jié)合能和比結(jié)合能的理解1．比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的圖線如圖所示．從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要?。?．比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系(1)比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大,原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定．（2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定;中等核子數(shù)的原子核,比結(jié)合能較大,表示原子核較穩(wěn)定．(3）當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就可能釋放核能．例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核,都能釋放出巨大的核能．【例2】下面關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法正確的有()A．核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大C．重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大[解析]核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量，原子核拆解成核子時(shí)吸收能量，A選項(xiàng)錯(cuò)；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定,但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大,例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少,其結(jié)合能反而比重核小,B、C選項(xiàng)錯(cuò)；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)對．［答案］D結(jié)合能的應(yīng)用技巧（1）組成原子核的核子越多，結(jié)合能越高．（2）結(jié)合能與核子個(gè)數(shù)之比稱作比結(jié)合能,比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定．(3)結(jié)合能通常只用在原子核中．質(zhì)能方程和核能的計(jì)算1．對質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解（1）質(zhì)能方程質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對論指出，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E＝mc2。(2）質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了．物體質(zhì)量增加,則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少,這時(shí)質(zhì)能方程也寫為ΔE＝Δmc2。2．核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算①根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損Δm.②根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能．其中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳．（2）利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計(jì)算根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u)相當(dāng)于931。5MeV的能量，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ΔE＝Δm×931。5MeV.其中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.【例3】取質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1。6726×10－27kg,中子的質(zhì)量mn＝1。6749×10－27kg,α粒子的質(zhì)量mα＝6.6467×10－27kg,光速c＝3。0×108m/s。請計(jì)算α粒子的結(jié)合能．(計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)［解析］組成α粒子的核子與α粒子的質(zhì)量差Δm＝（2mp＋2mn)－mα結(jié)合能ΔE＝Δmc2代入數(shù)據(jù)得ΔE＝4.3×10－12J。[答案］4。3×10－12J核能的兩種單位(1)若以kg為質(zhì)量虧損Δm的單位，則計(jì)算時(shí)應(yīng)用公式ΔE＝Δmc2。2若以原子單位“u"為質(zhì)量虧損單位，則ΔE＝Δm×931.5MeV.3兩種方法計(jì)算的核能的單位分別為“J"和“MeV”，1MeV＝1×106×1。6×10－19J＝1.6×10－13J。2．(多選)對公式ΔE＝Δmc2的理解正確的是()A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少ΔmB．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量D．在把核子結(jié)合成原子核時(shí)，若放出的能量是ΔE，則這些核子與組成的原子核的質(zhì)量之差就是Δm［解析］一定質(zhì)量對應(yīng)于一定的能量，物體的能量減少了ΔE,它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項(xiàng)A、D正確;如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2，所以選項(xiàng)B正確；某原子核在衰變時(shí)，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項(xiàng)C錯(cuò)誤．［答案］ABD課堂小結(jié)1.原子核內(nèi)相鄰核子之間的作用力叫核力,把原子核內(nèi)核子分開所需要的能量叫結(jié)合能．2．結(jié)合能與核子數(shù)之比叫比結(jié)合能．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定．3．原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。知識脈絡(luò)1．在下列判斷中,正確的是（）A．組成eq\o\al(238，92)U核的核子中任何兩個(gè)核子之間都存在不可忽略的核力作用B．組成eq\o\al（238,92）U核的中子中任何兩個(gè)中子之間都存在不可忽略的核力作用C．組成eq\o\al(238，92)U核的質(zhì)子中任何兩個(gè)質(zhì)子之間都存在不可忽略的庫侖斥力作用D．組成eq\o\al(238，92）U核的質(zhì)子中任何兩個(gè)質(zhì)子之間都存在不可忽略的核力作用[解析］核力屬于短程力,由于組成eq\o\al（238,92)U核的核子較多，兩核子之間的距離可能超過核力的作用范圍，所以某些核子之間的作用力可能比較小，所以選項(xiàng)A、B、D均錯(cuò)誤;但兩質(zhì)子之間都存在庫侖斥力的作用，所以選項(xiàng)C正確．[答案］C2．(多選）一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，同時(shí)放出γ光子，核反應(yīng)方程是eq\o\al（1，1)H＋eq\o\al（1,0）n→eq\o\al（2，1)H＋γ，以下說法中正確的是（）A．反應(yīng)后氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和B．反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)不變，因而質(zhì)量不變C．反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不變，但會出現(xiàn)質(zhì)量虧損D．γ光子的能量為Δmc2，Δm為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度［解析]核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)及能量均守恒，由于反應(yīng)中要釋放核能，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損,反應(yīng)中氘核的質(zhì)量一定小于反應(yīng)前質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和，所以質(zhì)量不守恒，但質(zhì)量數(shù)不變，且能量守恒，能量會以光子的形式向外釋放，故正確答案為A、C、D。［答案］ACD3．如圖所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量eq\x\to(m）與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，由圖可知下列說法正確的是(）A．將原子核A分解為原子核B、C一定吸收能量B．將原子核D、E結(jié)合成原子核F可能吸收能量C．將原子核A分解為原子核B、F一定釋放能量D．將原子核F、C結(jié)合成原子核B一定釋放能量［解析］因B、C核子平均質(zhì)量小于A的核子平均質(zhì)量，故A分解為B、C時(shí)，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損,故放出核能,故A錯(cuò),同理可得B、D錯(cuò)，C正確．［答案］C4．中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD?，F(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止的氘核使之