1、51核能來(lái)自何方學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.知道核力的概念、特點(diǎn).2.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能了解平均結(jié)合能.3.知道什么是質(zhì)量虧損，能用愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程計(jì)算原子核的結(jié)合能一、核力導(dǎo)學(xué)探究1.有的同學(xué)認(rèn)為：“原子核內(nèi)質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力，與質(zhì)子、中子間的萬(wàn)有引力平衡而使原子達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)”，這種說(shuō)法正確嗎？答案不正確在相同的距離上，質(zhì)子之間的庫(kù)侖力的大小大約比萬(wàn)有引力強(qiáng)1035倍，兩者相差懸殊，不可能平衡2是什么力克服質(zhì)子之間的庫(kù)侖斥力，使核子結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)固的原子核的？答案核子間(質(zhì)子與質(zhì)子、中子與中子、質(zhì)子與中子)存在著一種比庫(kù)侖力大得多的核力知識(shí)梳理核力及特點(diǎn)1核力：組成原子核的核子之間存在著一種特殊的力2核力特點(diǎn)

2、：(1)核力是一種強(qiáng)相互作用力，它存在于質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間、中子與中子間(2)核力是一種短程力，它的作用距離只有1015 m的數(shù)量級(jí)因此，每個(gè)核子只能對(duì)跟它鄰近的少數(shù)核子(一般不超過(guò)3個(gè))發(fā)生顯著的相互作用(3)核力與核子是否帶電無(wú)關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間、中子與中子間都可以有核力作用即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤(1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬(wàn)有引力聚在一起的()(2)核力是強(qiáng)相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多()二、結(jié)合能導(dǎo)學(xué)探究1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)

3、程中呢？答案質(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2如圖1所示是不同原子核的平均結(jié)合能隨核子數(shù)變化的曲線圖1(1)從圖中看出，中等質(zhì)量的原子核與重核、輕核相比平均結(jié)合能有什么特點(diǎn)？平均結(jié)合能的大小反映了什么？(2)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)是吸收能量還是釋放能量？答案(1)中等質(zhì)量的原子核平均結(jié)合能較大，平均結(jié)合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定(2)釋放能量知識(shí)梳理1結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時(shí)釋放的能量，或原子核分解成核子時(shí)吸收的能量叫原子核的結(jié)合能2平均結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時(shí)每個(gè)核子平均放出的能量叫做平均

4、結(jié)合能，它等于核的結(jié)合能跟核子數(shù)的比值平均結(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3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，中等核子數(shù)的原子核，平均結(jié)合能較大當(dāng)平均結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為平均結(jié)合能較大的原子核時(shí)會(huì)釋放核能即學(xué)即用判斷下列說(shuō)法的正誤(1)一切原子核均具有結(jié)合能()(2)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越高()(3)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子越穩(wěn)定()(4)自由核子結(jié)合為原子核時(shí)，可能吸收能量()三、質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算導(dǎo)學(xué)探究1用粒子轟擊鈹(Be)核發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程BeHeCn甲同學(xué)說(shuō)：核反應(yīng)過(guò)程中核子數(shù)沒(méi)變，所以質(zhì)量是守恒的；乙同學(xué)

5、查找資料，各個(gè)原子核或核子的質(zhì)量如下：mBe9.012 19 u，mC12.000 u，m4.002 6 u，mn1.008 665 u(其中1 u1.660 5661027 kg)，他通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)反應(yīng)之后的質(zhì)量減少了，于是他得出結(jié)論“核反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量消失了”這兩個(gè)同學(xué)的說(shuō)法對(duì)嗎？如果不對(duì)錯(cuò)在哪里？你對(duì)質(zhì)量虧損是如何理解的？答案甲同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤核反應(yīng)過(guò)程中是質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒；乙同學(xué)的說(shuō)法錯(cuò)誤質(zhì)量虧損并不是質(zhì)量消失2試計(jì)算上述核反應(yīng)過(guò)程中是釋放能量，還是吸收能量？能量變化了多少？答案反應(yīng)前的總質(zhì)量m1mBem9.012 19 u4.002 6 u13.014 79 u反應(yīng)后的總質(zhì)量m2m

6、Cmn12.000 0 u1.008 665 u13.008 665 u所以質(zhì)量虧損mm1m213.014 79 u13.008 665 u0.006 125 u.放出的能量Emc20.006 125 uc20.006 1251.660 5661027(3108)2 J9.151013 J5.719 MeV.知識(shí)梳理1質(zhì)能方程愛(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Emc2.2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(guò)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，則總能量也隨之減少這時(shí)質(zhì)能方程也寫(xiě)作Emc2.一、對(duì)結(jié)合能和平

7、均結(jié)合能的理解1中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能最大，輕核和重核的平均結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小2平均結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系(1)平均結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，平均結(jié)合能越大，原子核就越難拆開(kāi)，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，平均結(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，平均結(jié)合能較大，表示原子核較穩(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1下列關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說(shuō)法中，

8、正確的是()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平均結(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)合能和平均結(jié)合能都大D中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和平均結(jié)合能均比輕核的要大答案D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選項(xiàng)錯(cuò)誤；平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但平均結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的平均結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的平均結(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)正確針對(duì)訓(xùn)

9、練一個(gè)中子與某原子核發(fā)生核反應(yīng)，生成一個(gè)氘核，其核反應(yīng)方程為_(kāi)，該反應(yīng)放出的能量為Q，則氘核的平均結(jié)合能為_(kāi)答案nHH解析核反應(yīng)方程nHH，核子結(jié)合成原子核要放出能量，這個(gè)能量叫原子核的結(jié)合能，它的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱做平均結(jié)合能，由題意知氘核的核子數(shù)為2，所以平均結(jié)合能為.1核子結(jié)合成原子核時(shí)一定釋放能量，原子核分開(kāi)成核子時(shí)一定吸收能量，吸收或釋放的能量越大，表明原子核的結(jié)合能越大2平均結(jié)合能越大表明原子核越穩(wěn)定一般情況下，中等質(zhì)量的原子核比輕核和重核的平均結(jié)合能大二、質(zhì)量虧損和核能的計(jì)算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)前后的質(zhì)量虧損m.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程Emc2計(jì)算核能其中m

10、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)算明確原子質(zhì)量單位u和電子伏特之間的關(guān)系 u1.660 61027 kg,1 eV1.602 1781019 J由Emc2得E eV931.5 MeV根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV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931.5 MeV，即Em931.5 MeV.其中m的單位是u，E的單位是MeV.例2下列說(shuō)法中，正確的是()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Emc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體質(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

11、”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰緿因?yàn)樵诤朔磻?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)量并不守恒答案B解析Emc2說(shuō)明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，但并不說(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)誤，B正確；核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實(shí)際上是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故C錯(cuò)誤；在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動(dòng)質(zhì)量，故D錯(cuò)誤例3H的質(zhì)量是3.016 050 u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u，中子的質(zhì)量為1.008 665

12、 u求：(質(zhì)量虧損1 u相當(dāng)于釋放931.5 MeV的能量)(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合為氚核時(shí)，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結(jié)合能和平均結(jié)合能各是多少？答案(1)放出7.97 MeV(2)7.97 MeV2.66 MeV解析(1)一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成氚核的反應(yīng)方程式是H2nH，反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為mp2mn(1.007 27721.008 665) u3.024 607 u，反應(yīng)后新核的質(zhì)量為mH3.016 050 u，質(zhì)量虧損為m(3.024 6073.016 050) u0.008 557 u.因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，故此核反應(yīng)放出能量釋放的核能為E0.

13、008 557931.5 MeV7.97 MeV.(2)氚核的結(jié)合能即為E7.97 MeV，它的平均結(jié)合能為2.66 MeV.1下列關(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)別，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1015 m之內(nèi)D核力與電荷有關(guān)答案C解析核力是短程力，超過(guò)1015 m，核力急劇下降幾乎消失，故選項(xiàng)C正確；核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；核力與電荷無(wú)關(guān)，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤2(多選)關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的比例，下列說(shuō)法正確的是()A原子核中質(zhì)子和中子的個(gè)數(shù)一定相等B穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多C原子核大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子

14、間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了D質(zhì)子和中子可以組合成任意穩(wěn)定的核答案BC3(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說(shuō)法正確的是()A原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能C銫原子核(Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(Pb)的結(jié)合能D自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量大于該原子核的結(jié)合能答案ABC解析結(jié)合能是把核子分開(kāi)所需的最小能量，選項(xiàng)A正確；一重原子核衰變成粒子和另一原子核，存在質(zhì)量虧損，核子平均結(jié)合能增大，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來(lái)重核的結(jié)合能，選項(xiàng)B正確；核子數(shù)越多

15、，結(jié)合能越大，選項(xiàng)C正確；自由核子組成原子核時(shí)，其質(zhì)量虧損所對(duì)應(yīng)的能量等于該原子核的結(jié)合能，選項(xiàng)D錯(cuò)誤4一個(gè)鋰核(Li)受到一個(gè)質(zhì)子的轟擊，變成兩個(gè)粒子已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.673 61027 kg，鋰核的質(zhì)量是11.650 51027 kg，氦核的質(zhì)量是6.646 61027 kg.(1)寫(xiě)出上述核反應(yīng)的方程；(2)計(jì)算上述核反應(yīng)釋放出的能量答案(1)LiH2He(2)2.7811012 J解析(1)LiH2He(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損mmLimp2m(11.650 510271.673 6102726.646 61027) kg3.091029 kg釋放的能量Emc23.091029(3108

16、)2 J2.7811012 J一、選擇題(18題為單選題，910題為多選題)1下列對(duì)核力的認(rèn)識(shí)正確的是()A任何物體之間均存在核力B核力廣泛存在于自然界中的核子之間C核力只存在于質(zhì)子之間D核力只發(fā)生在相距1.51015 m內(nèi)的核子之間，大于0.81015 m為吸引力，而小于0.81015 m為斥力答案D解析由核力的特點(diǎn)知道，只有相距1.51015 m內(nèi)的核子之間才存在核力，核力發(fā)生在質(zhì)子與質(zhì)子、質(zhì)子與中子及中子與中子之間，由此知D正確，A、B、C錯(cuò)誤2核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化，這是因?yàn)?)A原子核帶正電，電子帶負(fù)電，電荷間存在很大的庫(kù)侖力B核子具有質(zhì)量且相距

17、很近，存在很大的萬(wàn)有引力C核子間存在著強(qiáng)大的核力D核子間存在著復(fù)雜磁力答案C解析核子之間存在核力作用，核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都有核力作用，故伴隨著巨大的能量變化，故選C.3原子質(zhì)量單位為u,1 u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)量分別為m1和m2的原子核結(jié)合為質(zhì)量為M的原子核時(shí)釋放出的能量是()A(Mm1m2) uc2B(m1m2M) u931.5 JC(m1m2M)cD(m1m2M)931.5 MeV答案D4太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減小太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為41026 J，根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，太陽(yáng)每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A103

18、6 kg B1018 kgC1013 kg D109 kg答案D解析根據(jù)Emc2得：m kg4.4109 kg，故D正確，A、B、C錯(cuò)誤5某核反應(yīng)方程為HHHeX.已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.018 0 u，He的質(zhì)量為4.002 6 u，X的質(zhì)量為1.008 7 u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)吸收能量答案B解析根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，可得HHHeX，X為中子，在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m12.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m24.0

19、02 6 u1.008 7 u5.011 3 u總質(zhì)量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損，故該反應(yīng)釋放能量6當(dāng)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)粒子時(shí)，放出28.30 MeV的能量，當(dāng)三個(gè)粒子結(jié)合成一個(gè)碳核時(shí)，放出7.26 MeV的能量，則當(dāng)6個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)碳核時(shí)，釋放的能量為()A21.04 MeV B35.56 MeVC92.16 MeV D77.64 MeV答案C解析設(shè)中子的質(zhì)量為mn，質(zhì)子的質(zhì)量為mp，粒子的質(zhì)量為m，碳原子核的質(zhì)量為mC.根據(jù)質(zhì)能方程：E128.30 MeV2(mnmp)mc2E27.26 MeV3mmCc2E36mn6mpmCc2由以上各式得E392.16 MeV.7如圖1

20、所示是描述原子核核子的平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，由圖可知下列說(shuō)法正確的是()圖1A將原子核A分解為原子核B、C可能吸收能量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一定釋放能量答案C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(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，故放出核能，故A錯(cuò)誤，同理可得B、D錯(cuò)誤，C正確8中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD.現(xiàn)用光子能量為E的射線照射靜止氘核使之分解，核反應(yīng)方程為Dpn，若分解后中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等，則中子的動(dòng)能是()A.(mDmpmn)c2EB.(mDm

21、nmp)c2EC.(mDmpmn)c2ED.(mDmnmp)c2E答案C解析氘核分解為核子時(shí)，要吸收能量，質(zhì)量增加，本題核反應(yīng)過(guò)程中射線的能量E對(duì)應(yīng)質(zhì)量的增加和中子與質(zhì)子動(dòng)能的產(chǎn)生，即Emc22Ek(mpmnmD)c22Ek得EkE(mpmnmD)c2(mDmpmn)c2E，故選C.9一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核，同時(shí)放出光子，核反應(yīng)方程是HnH，以下說(shuō)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光子的能量mc2，m為反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，c為光在真空中的速度D因存在質(zhì)量虧損m，所以“物質(zhì)不滅”的說(shuō)法不正確答案AC解析核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)與電

22、荷數(shù)及能量均守恒，由于反應(yīng)中要釋放核能，會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，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，所以質(zhì)量不守恒，但質(zhì)量數(shù)不變，且能量守恒，釋放的能量會(huì)以光子的形式向外釋放，故正確答案為A、C.10中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，質(zhì)量虧損為m，相應(yīng)的能量Emc22.2 MeV是氘核的結(jié)合能下列說(shuō)法正確的是()A用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核不能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子B用能量小于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零C用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零D用能量大于2.2 MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和不為零答案AD解析用能量小于結(jié)合