粵教版選修35 核力與結(jié)合能 第1課時 學(xué)案.docx

第四節(jié)核力與結(jié)合能學(xué)習(xí)目標1.知道核力及其性質(zhì).2.知道重核與輕核中中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的數(shù)量多少關(guān)系.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，理解愛因斯坦質(zhì)能方程，并能進行有關(guān)核能的計算一、核力及其性質(zhì)導(dǎo)學(xué)探究是什么力克服質(zhì)子之間的庫侖斥力，使核子結(jié)合成一個穩(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)存在著一種比庫侖力大得多的核力知識梳理1組成原子核的核子之間有很強的相互作用力，使核子能夠克服庫侖斥力而緊密地結(jié)合在一起，這種力稱為核力2核力是一種很強的力，在它的作用范圍內(nèi)核力比庫侖力大的多3核力是一種短程力在約0.5101521015m的距離內(nèi)主要表現(xiàn)為引力；大于21015m的距離時核力就迅速減小為零；在小于0.51015m的距離內(nèi)，核力又轉(zhuǎn)變?yōu)閺姶蟮某饬Χ购俗硬蝗诤显谝黄鸺磳W(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬有引力聚在一起的()(2)核力是一種很強的作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多()(3)核力是一種短程力，只有在小于厘米級的距離才有核力表現(xiàn)()二、重核與輕核導(dǎo)學(xué)探究(1)一些較輕的原子核如he、o、c、n中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有什么關(guān)系？(2)u、th等重核中各有多少個中子、多少個質(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？答案(1)質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)相等(2)u中含有92個質(zhì)子、146個中子；th中含有90個質(zhì)子，144個中子較重的原子核中中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)知識梳理自然界中較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(1)在原子核的組成中，質(zhì)子數(shù)等于中子數(shù)()(2)原子核大到一定程度，原子核就不穩(wěn)定了()(3)在宇宙演化過程中，只有穩(wěn)定的原子核長久地留了下來()(4)穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多()三、結(jié)合能導(dǎo)學(xué)探究1設(shè)有一個質(zhì)子和一個中子在核力作用下靠近碰撞并結(jié)合成一個氘核質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核的過程中是釋放能量還是吸收能量？使氘核分解為質(zhì)子和中子的過程中呢？答案質(zhì)子和中子結(jié)合成原子核的過程中要釋放能量；氘核分解成質(zhì)子和中子時要吸收能量2如圖1所示是不同原子核的平均結(jié)合能隨質(zhì)量數(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？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)釋放能量知識梳理1對結(jié)合能的理解(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，要把原子核拆散成核子，需要能量，這就是原子核的結(jié)合能(2)平均結(jié)合能：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比稱為平均結(jié)合能平均結(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)較小的輕核和核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能較小，中等核子數(shù)的原子核，平均結(jié)合能較大當平均結(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會釋放核能2對質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解(1)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，這時質(zhì)能方程也寫作emc2.即學(xué)即用判斷下列說法的正誤(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，可能吸收能量()一、對結(jié)合能的理解例1下列關(guān)于結(jié)合能和平均結(jié)合能的說法中，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選項錯誤；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選項錯誤；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選項正確1核子結(jié)合成原子核時一定釋放能量，原子核分開成核子時一定吸收能量，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)量虧損和核能的計算例2h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 u求：(質(zhì)量虧損1 u相當于釋放931.5 mev的能量)(1)一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，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)一個質(zhì)子和兩個中子結(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(3.016 0503.024 607) 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e0.008 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計算過程中m的單位是kg，e的單位是j.2若m的單位是u，e的單位是mev，可直接利用公式em931.5 mev來計算核能.1下列關(guān)于核力的說法正確的是()a核力同萬有引力沒有區(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21015 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21015 m，核力急劇下降幾乎消失，故選項c正確；核力與萬有引力、電磁力不同，故選項a、b錯誤；核力與電荷無關(guān)，故選項d錯誤2(多選)關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的比例，下列說法正確的是()a原子核中質(zhì)子和中子的個數(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，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(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平均結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定答案abc解析結(jié)合能是把核子分開所需的最小能量，選項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重核的結(jié)合能，選項b正確；核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，選項c正確；平均結(jié)合能越大，分開核子所需的能量越大，原子核越穩(wěn)定，選項d錯誤4已知氮核質(zhì)量mn14.007 53 u，氧17核的質(zhì)量mo17.004 54 u，氦核質(zhì)量mhe4.003 87 u，氫核質(zhì)量mh1.008 15 u，試判斷：nheoh這一核反應(yīng)是吸收能量還是放出能量？能量變化是多少？(已知1 u相當于931.5 mev的能量)答案吸收能量1.2 mev解析反應(yīng)前總質(zhì)量：mnmhe18.011 40 u，反應(yīng)后總質(zhì)量：momh18.012 69 u.可以看出：反應(yīng)后總質(zhì)量增加，故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)故e(18.012 6918.011 40)931.5 mev1.2 mev.一、選擇題(18題為單選題，9題為多選題)1下列對核力的認識正確的是()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21015 m內(nèi)的核子之間，大于0.51015 m為引力，而小于0.51015 m為斥力答案d解析由核力的特點知道，只有相距21015 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錯誤2核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化，這是因為()a原子核帶正電，電子帶負電，電荷間存在很大的庫侖力b核子具有質(zhì)量且相距很近，存在很大的萬有引力c核子間存在著強大的核力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，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相當于931.5 mev的能量，真空中光速為c，當質(zhì)量分別為m1和m2的原子核結(jié)合為質(zhì)量為m的原子核時釋放出的能量是()a(mm1m2) uc2b(m1m2m) u931.5 jc(m1m2m)cd(m1m2m)931.5 mev答案d4為紀念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程emc2，下列說法中不正確的是()aemc2定量地指出了物體具有的能量與其質(zhì)量之間的關(guān)系b根據(jù)emc2可以計算核反應(yīng)中釋放的核能c一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損demc2中的e是發(fā)生核反應(yīng)時釋放的核能答案d解析愛因斯坦質(zhì)能方程emc2定量的指出了物體具有的能量與其質(zhì)量之間的關(guān)系，a正確；由質(zhì)能方程知，當物體的質(zhì)量減少時，物體的能量降低，向外釋放了能量；反之，若物體的質(zhì)量增加了，則物體的能量升高，表明它從外界吸收了能量，所以由物體的質(zhì)量變化能算出物體的能量變化，故b、c正確，d錯誤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m24.002 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當兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個粒子時，放出28.30 mev的能量，當三個粒子結(jié)合成一個碳核時，放出7.26 mev的能量，則當6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，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，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，故放出核能，故a錯誤，同理可得b、d錯誤，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)子的動能可視為相等，則中子的動能是()a.(mdmpmn)c2eb.(mdmnmp)c2ec.(mdmpmn)c2ed.(mdmnmp)c2e答案c解析因為輕核聚變時放出能量，質(zhì)量虧損，所以氘核分解為核子時，要吸收能量，質(zhì)量增加，本題核反應(yīng)過程中射線能量e對應(yīng)質(zhì)量的增加和中子與質(zhì)子動能的產(chǎn)生，即emc22ek(mpmnmd)c22ek得eke(mpmnmd)c2(mdmpmn)c2e，故選c.9中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時，質(zhì)量虧損為m，相應(yīng)的能量emc22.2 mev是氘核的結(jié)合能下列說法正確的是()a用能量小于2.2 mev的光子照射靜止氘核時，氘核不能分解為一個質(zhì)子和一個中子b用能量小于2.2 mev的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零c用能量大于2.2 mev的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和為零d用能量大于2.2 mev的光子照射靜止氘核時，氘核可能分解為一個質(zhì)子和一個中子，它們的動能之和不為零答案ad解析用能量小于結(jié)合能的光子照射氘核時，氘核一定不能分解，所以a正確，b錯誤；用能量大于結(jié)合能的光子照射氘核時，氘核可能分解，只要分解，分解出的質(zhì)子和中子動能之和一定不為零(若動能之和為零就分不開了)，所以c錯誤，d正確二、非選擇題10一個靜止的鐳核ra發(fā)生衰變放出一個粒子變?yōu)殡焙藃n.已知鐳核226質(zhì)量為226.025 4 u，氡核222質(zhì)量為222.016 3 u，放出粒