PAGEPAGE1核力與核能1.核力是把原子核中的核子維系在一起的力，是短程力，是一種強(qiáng)相互作用。2．核子結(jié)合成原子核所釋放的能量叫做原子核的結(jié)合能。對(duì)某種原子核，平均每個(gè)核子的結(jié)合能稱(chēng)為平均結(jié)合能。3．重核的平均結(jié)合能比中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能要小，簡(jiǎn)潔裂變成中等質(zhì)量的核而放出能量。4．任何一個(gè)原子核的質(zhì)量總小于組成它的全部核子的質(zhì)量之和，這一差值叫做質(zhì)量虧損。1．核力把原子核中的核子維系在一起的力。2．核力特點(diǎn)(1)核力是一種強(qiáng)相互作用。(2)核力是短程力，作用范圍在2_fm(1_fm＝10－15m)左右，僅存在兩相鄰的核子之間。3．核素具有肯定數(shù)目質(zhì)子和肯定數(shù)目中子的一種原子稱(chēng)為核素。4．核素圖用橫坐標(biāo)表示質(zhì)子數(shù)，縱坐標(biāo)表示中子數(shù)，每一種核素用一小方塊表示，所得到的圖像叫做核素圖(如圖所示)。5．核的穩(wěn)定性(1)核素的穩(wěn)定區(qū)：穩(wěn)定核素幾乎全落在一條曲線上，或緊靠曲線的兩側(cè)的區(qū)域。(2)穩(wěn)定核素的中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的關(guān)系：隨著核電荷數(shù)的增加，穩(wěn)定核素的中子數(shù)越來(lái)越大于質(zhì)子數(shù)。6．原子核的結(jié)合能核子結(jié)合成原子核所釋放的能量。7．平均結(jié)合能對(duì)某種原子核，平均每個(gè)核子的結(jié)合能。重核的平均結(jié)合能比中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能要小；輕核的平均結(jié)合能比稍重的核的平均結(jié)合能要小。8．質(zhì)量虧損(1)定義：任何一個(gè)原子核的質(zhì)量總是小于組成它的全部核子的質(zhì)量之和，這一差值叫做質(zhì)量虧損。(2)結(jié)合能計(jì)算公式：ΔE＝Δmc2。1．自主思索——判一判(1)原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫(kù)侖力。(×)(2)穩(wěn)定原子核的質(zhì)子數(shù)總是與中子數(shù)相等。(×)(3)對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子數(shù)起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用。(√)(4)原子核的核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越大。(×)(5)質(zhì)量虧損是因?yàn)檫@部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。(×)(6)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越堅(jiān)固，原子越穩(wěn)定。(×)2．合作探究——議一議(1)原子核是由中子和質(zhì)子組成的，在原子核狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子為什么能擠在一起而不飛散？提示：組成原子核的相鄰的核子間存在核力。(2)有人認(rèn)為質(zhì)量虧損就是核子的個(gè)數(shù)變少了，這種相識(shí)對(duì)不對(duì)？提示：不對(duì)。在核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)守恒即核子的個(gè)數(shù)不變，只是核子組成原子核時(shí)，仿佛變“輕”了一些，原子核的質(zhì)量總是小于其全部核子質(zhì)量之和，即發(fā)生了質(zhì)量虧損，核子的個(gè)數(shù)并沒(méi)有改變。核力與核的穩(wěn)定性的理解1．原子核中核子比例關(guān)系自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等；對(duì)于較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)。越重的原子核，兩者相差越多。2．原子核的穩(wěn)定性原子核大到肯定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力特別小，較多的質(zhì)子聚集在一起的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，原子核就不穩(wěn)定了。這時(shí)不再成對(duì)地增加質(zhì)子和中子，而只增加中子，中子與其他核子間沒(méi)有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定性。3．核力的飽和性穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，假如我們接著增大原子核，一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒(méi)有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子，形成的核也肯定是不穩(wěn)定的。所以，原子核的大小也受到限制。1．關(guān)于核力的說(shuō)法正確的是()A．核力同萬(wàn)有引力沒(méi)有區(qū)分，都是物體間的相互作用B．核力就是電磁力C．核力是短程力，作用范圍在2×10－15m左右D．核力與電荷有關(guān)解析：選C核力是短程力，超過(guò)作用范圍，核力急劇下降(幾乎消逝)，故C正確。核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，故A、B錯(cuò)誤。核力與電荷無(wú)關(guān)，故D錯(cuò)誤。2．核子結(jié)合成原子核的下列說(shuō)法中，正確的是()A．原子核內(nèi)的核子間均存在核力B．原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫(kù)侖力C．當(dāng)n個(gè)核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合為原子核時(shí)，其間勢(shì)能肯定增加D．質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用解析：選D由于核力為短程力，只會(huì)發(fā)生在相鄰核子之間，與核子是否帶電無(wú)關(guān)，由此知A、B錯(cuò)誤；當(dāng)n個(gè)核子靠近到核力作用范圍內(nèi)，而距離大于0.8×10－15m時(shí)，核力表現(xiàn)為引力，在此過(guò)程中核力必做正功，其間勢(shì)能必定減小，形成原子核后距離一般不小于0.8×10－15m，故C錯(cuò)誤；質(zhì)子數(shù)較多的原子核由于只有相鄰的核子間才有核力，但各個(gè)質(zhì)子間均有很強(qiáng)的庫(kù)侖斥力，隨著質(zhì)子數(shù)的增加，其庫(kù)侖力增加，對(duì)于穩(wěn)定的原子核，必需存在較多的中子才能維系二者的平衡，故D正確。質(zhì)能方程及質(zhì)量虧損的理解1．對(duì)平均結(jié)合能的理解(1)平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越堅(jiān)固，原子核越穩(wěn)定。(2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較小，中等質(zhì)量的核平均結(jié)合能最大、最穩(wěn)定。(3)當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就要釋放核能。2.質(zhì)量虧損、質(zhì)能方程及核能的計(jì)算(1)質(zhì)量虧損①科學(xué)家探討證明在核反應(yīng)中原子核的總質(zhì)量并不相等。例如，精確計(jì)算表明：氘核的質(zhì)量比一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些，這種現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損，質(zhì)量虧損只有在核反應(yīng)中才能明顯地表現(xiàn)出來(lái)。②Δm是核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量之差。(2)質(zhì)能方程E＝mc2愛(ài)因斯坦指出，物體的能量(E)和質(zhì)量(m)之間存在著親密的關(guān)系，即E＝mc2，式中c為真空中的光速。愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程表明：物體所具有的能量跟它的質(zhì)量成正比。由于c2這個(gè)數(shù)值特別巨大，因而物體的能量是特別可觀的。[例1][多選]關(guān)于愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，下列說(shuō)法正確的是()A．E＝mc2中的E是物體以光速c運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能B．E＝mc2是物體各種形式能的總和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中虧損的質(zhì)量Δm轉(zhuǎn)化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反應(yīng)中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動(dòng)質(zhì)量被放出的能量帶走[思路點(diǎn)撥]解此題的關(guān)鍵是理解質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損的概念及各符號(hào)的意義。[解析]愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2表明，物體的質(zhì)量與其他各種形式的能量之間的關(guān)系，故A錯(cuò)誤，B正確。ΔE＝Δmc2表明，在核反應(yīng)中虧損的質(zhì)量Δm將產(chǎn)生ΔE＝Δmc2的能量，只是以另一種形態(tài)的質(zhì)量(動(dòng)質(zhì)量)釋放出來(lái)，與這部分質(zhì)量Δm相對(duì)應(yīng)的能量為Δmc2，而絕不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量，故C錯(cuò)誤，D正確。[答案]BD(1)質(zhì)能方程表明任何物體具有的能量跟其質(zhì)量是緊密聯(lián)系的，是一個(gè)簡(jiǎn)潔的正比關(guān)系。物體質(zhì)量增加，則能量隨之增加；質(zhì)量削減，能量也隨之削減。(2)質(zhì)量和能量是物質(zhì)兩種不同屬性的量度，是兩個(gè)不同概念。兩者之間密不行分，存在著正比關(guān)系，不存在相互轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。1．下列關(guān)于平均結(jié)合能的說(shuō)法正確的是()A．核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越大B．核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越小C．結(jié)合能越大，平均結(jié)合能越大D．平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定解析：選D中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能比輕核和重核的平均結(jié)合能都大，故A、B、C均不正確。平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越堅(jiān)固，原子核越穩(wěn)定，故D正確。2．[多選]關(guān)于質(zhì)能方程，下列說(shuō)法正確的是()A．質(zhì)量削減，能量就會(huì)增加，在肯定條件下，質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為能量B．物體獲得肯定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加C．某肯定量的質(zhì)量總是與肯定量的能量相聯(lián)系D．物體肯定有質(zhì)量，但不肯定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特別條件下的數(shù)量關(guān)系解析：選BC質(zhì)量虧損說(shuō)明虧損的質(zhì)量以另外一種物質(zhì)形式存在，故A錯(cuò)誤；質(zhì)能方程E＝mc2表明某肯定量的質(zhì)量與肯定量的能量是相聯(lián)系的，當(dāng)物體獲得肯定的能量，即能量增加某肯定值時(shí)，它的質(zhì)量也相應(yīng)增加肯定值，并可依據(jù)ΔE＝Δmc2進(jìn)行計(jì)算，故B、C正確，D錯(cuò)誤。核能的計(jì)算1．原子質(zhì)量單位(1)1u＝1.6605655×10－27kg。(2)一個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量為1.0072765u，一個(gè)中子的質(zhì)量為1.0086649u。(3)1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV。2．核反應(yīng)中由于質(zhì)量虧損而釋放的能量ΔE＝Δmc2從愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程同樣可以得出，物體的能量改變?chǔ)與物體的質(zhì)量改變?chǔ)的關(guān)系：ΔE＝Δmc2。[例2]鐳核eq\o\al(226,88)Ra發(fā)生衰變放出一個(gè)粒子變?yōu)殡焙薳q\o\al(222,86)Rn。已知鐳核質(zhì)量為226.0254u，氡核質(zhì)量為222.0163u，放出粒子質(zhì)量為4.0026u。(1u對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV)(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程；(2)求鐳核衰變放出的能量。[思路點(diǎn)撥]求解此題應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書(shū)寫(xiě)核反應(yīng)方程。(2)題目給出的質(zhì)量單位是u，計(jì)算核能時(shí)要用1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為931.5MeV。[解析](1)核反應(yīng)(衰變)方程為：eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He。(2)鐳核衰變放出的能量為：ΔE＝Δm×931.5MeV＝(226.0254－4.0026－222.0163)×931.5MeV＝6.05MeV[答案](1)eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He(2)6.05MeV核能計(jì)算的留意事項(xiàng)(1)計(jì)算核能時(shí)肯定要看準(zhǔn)題目所給的單位，kg與J對(duì)應(yīng)，u與MeV對(duì)應(yīng)。(2)在無(wú)光子輻射的狀況下，核反應(yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成新核和新粒子的動(dòng)能。1．已知中子的質(zhì)量mn＝1.0086u，質(zhì)子的質(zhì)量mp＝1.0072u，氘核質(zhì)量mD＝2.0135u，則氘核的平均結(jié)合能為_(kāi)_______MeV(1u對(duì)應(yīng)931.5MeV的能量)。解析：Δm＝mn＋mp－mD＝0.0023uΔE＝Δmc2，代入數(shù)據(jù)得ΔE＝2.14MeV故氘核的平均結(jié)合能為ΔE′＝1.07MeV。答案：1.072．用中子轟擊鋰核eq\o\al(6,3)Li發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核eq\o\al(3,1)H和α粒子，并放出4.8MeV的能量。(1)寫(xiě)出核反應(yīng)方程；(2)求出質(zhì)量虧損；(3)若中子和鋰核是以等值反向的動(dòng)量相碰，則氚核和α粒子的動(dòng)能之比是多少？(4)α粒子的動(dòng)能是多大？解析：(1)eq\o\al(6,3)Li＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He＋4.8MeV。(2)由ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4.8,931.5)u≈0.0052u。(3)依據(jù)題意有0＝m1v1＋m2v2式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和α粒子的質(zhì)量和速度，由上式及動(dòng)能Ek＝eq\f(p2,2m)，可得它們的動(dòng)能之比為Ek1∶Ek2＝