人教版選修35 第十九章 第5節(jié)　核力與結(jié)合能 學(xué)案.doc

第5節(jié)核力與結(jié)合能核力探新知基礎(chǔ)練1核力定義原子核內(nèi)相鄰核子之間的相互作用力。2特點(diǎn)(1)核力是強(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)核力是短程力，作用范圍在1.51015_m之內(nèi)。(3)核力的飽和性：每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1核力只有在近距離才體現(xiàn)出來(lái)，所以是一種弱相互作用力。()2核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1核力是四種基本相互作用之一。四種基本相互作用即萬(wàn)有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力(核力)、弱相互作用力。2核力是短程力，在大于0.81015 m小于1.51015 m的范圍內(nèi)表現(xiàn)為吸引力，在小于0.81015 m時(shí)表現(xiàn)為斥力。3四種基本相互作用試身手1對(duì)核力的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()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)生在相距小于1.51015 m的核子之間，大于0.81015 m為吸引力，而小于0.81015 m為斥力解析：選d由核力的特點(diǎn)可知，只有相距小于1.51015 m的核子之間存在核力，核力發(fā)生在鄰近的核子之間，由此知d正確，a、b、c錯(cuò)誤。原子核中質(zhì)子與中子的比例探新知基礎(chǔ)練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)，越重的原子核兩者相差越多。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1在原子核中中子數(shù)與質(zhì)子數(shù)大致相等。()2原子核越輕，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)差別越小。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1核子比例關(guān)系較輕的原子核質(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形成原因(1)若質(zhì)子與中子成對(duì)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(huì)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(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。(2)若只增加中子，中子與其他核子沒(méi)有庫(kù)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(huì)大到其間根本沒(méi)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。試身手2下列說(shuō)法正確的是()a原子核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定不相等b核子間距離增加，核力與電磁力都會(huì)減小，但核力減小得慢c穩(wěn)定的重原子核里，中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多d質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等時(shí)，也可以形成穩(wěn)定的重原子核解析：選c穩(wěn)定的較重的原子核，中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，a、d錯(cuò)，c對(duì)；核子間距離增加，核力與電磁力都減小，核力減小得快，b錯(cuò)。 結(jié)合能與質(zhì)能方程探新知基礎(chǔ)練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(kāi)，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，稱做比結(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)能方程愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程：emc2。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，這個(gè)現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損。辨是非(對(duì)的劃“”，錯(cuò)的劃“”)1愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化。() 2質(zhì)量虧損就是反應(yīng)前后質(zhì)量不守恒。()釋疑難對(duì)點(diǎn)練1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(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，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。2對(duì)質(zhì)量虧損的理解(1)在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，所謂的質(zhì)量虧損并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?。物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量的減少，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。(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。3對(duì)質(zhì)能方程的理解愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映了質(zhì)量虧損與釋放能量間的數(shù)量關(guān)系emc2，或物體的質(zhì)量與其總能量的數(shù)量關(guān)系emc2，此方程揭示了質(zhì)量和能量是不可分割的，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質(zhì)量的乘積，這里所說(shuō)的總能量不是單指物體的動(dòng)能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量之和，物體質(zhì)量增加，則總能量增加，質(zhì)量減小，總能量隨之減小，二者在數(shù)值上存在著簡(jiǎn)單的正比關(guān)系。4核能的計(jì)算(1)利用質(zhì)能方程計(jì)算核能：根據(jù)核反應(yīng)方程，計(jì)算核反應(yīng)前與核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m；根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程emc2計(jì)算核能。質(zhì)能方程emc2中，m的單位用“kg”，c的單位用“m/s”，則e的單位為“j”；若m的單位用“u”，則可直接利用em(u)931.5 mev計(jì)算，此時(shí)e的單位為“mev”，即1 u1.660 61027 kg，相當(dāng)于931.5 mev，這個(gè)結(jié)論可在計(jì)算中直接應(yīng)用。(2)根據(jù)能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律計(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，在題給條件中沒(méi)有涉及質(zhì)量虧損，或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動(dòng)能而無(wú)光子輻射的情況下，由動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律可以計(jì)算出釋放的核能。(3)應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能：若要計(jì)算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總能量，應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計(jì)算核能較為簡(jiǎn)便。根據(jù)物質(zhì)的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量m，由n求出物質(zhì)的量，并求出原子核的個(gè)數(shù)nnanna；由題設(shè)條件求出一個(gè)原子核與另一個(gè)原子核反應(yīng)放出的能量e0(或直接從題目中找出e0)；根據(jù)ene0求出釋放的總能量。試身手3關(guān)于原子核能，下列說(shuō)法正確的是()a使原子核分解為核子時(shí)放出的能量b核子結(jié)合成原子核時(shí)需要供給的能量c核子結(jié)合成原子核時(shí)吸收的能量或原子核分解成核子時(shí)放出的能量d核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量或原子核分解成核子時(shí)吸收的能量解析：選d由比結(jié)合能曲線知核子結(jié)合成較大原子核時(shí)，比結(jié)合能增加，要發(fā)生質(zhì)量虧損放出能量，反之吸收能量。故只有d對(duì)。對(duì)質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的理解典例1下列說(shuō)法中正確的是()a愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映的物體質(zhì)量就是能量，它們之間可以互相轉(zhuǎn)化b由emc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊(yùn)含能量的量度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)化成的d因在核反應(yīng)中產(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)量并不守恒解析選bemc2說(shuō)明能量與質(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，并不是說(shuō)明能量與質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故a項(xiàng)錯(cuò)誤，b項(xiàng)正確；核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實(shí)際上是從靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?，故c項(xiàng)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?yōu)閯?dòng)質(zhì)量，故d錯(cuò)誤。核反應(yīng)中質(zhì)量和能量實(shí)際上并不能相互轉(zhuǎn)化，只是質(zhì)量和能量具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，而系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量還是守恒的。核能的計(jì)算典例2鐳核ra發(fā)生衰變放出一個(gè)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，放出粒子質(zhì)量為4.002 6 u。(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求鐳核衰變放出的能量。思路點(diǎn)撥根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒書(shū)寫核反應(yīng)方程，根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能。解析(1)核反應(yīng)(衰變)方程為：rarnhe。(2)鐳核衰變放出的能量為：emc2(226.025 44.002 6222.016 3)931.5 mev6.05 mev。答案(1)rarnhe(2)6.05 mev根據(jù)emc2進(jìn)行的計(jì)算一般有兩種方法：(1)m的單位用kg，c3108 m/s，此時(shí)能量e的單位為焦耳。(2)m的單位用u，此時(shí)em931.5 mev課堂對(duì)點(diǎn)鞏固1(多選)以下說(shuō)法中正確的是()a每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用b在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多c核力不可能表現(xiàn)為斥力d原子核越大，它的結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合越牢固解析：選ab核力是短程力，屬于強(qiáng)相互作用，每個(gè)核子只跟鄰近的核子發(fā)生核力作用，核力在大于0.81015 m時(shí)表現(xiàn)為引力，而在距離小于0.81015 m時(shí)表現(xiàn)為斥力，所以a、b正確，c錯(cuò)誤；原子核越大，它的結(jié)合能越大，但平均結(jié)合能不一定大，原子核中的核子結(jié)合也不一定牢固，d錯(cuò)誤。 2(多選)對(duì)核子結(jié)合成原子核的認(rèn)識(shí)，下列說(shuō)法正確的是()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”一定減小d對(duì)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cd由于核力為短程力，只會(huì)發(fā)生在相鄰核子之間，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0.81015 m時(shí)，核力表現(xiàn)為引力，在此過(guò)程核力必做正功，其間勢(shì)能必定減小，形成原子核后距離一般不小于0.81015 m，故c正確；對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核，由于只有相鄰的質(zhì)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)侖斥力增加，對(duì)于穩(wěn)定的原子核，必須存在較多的中子才能維系二者的平衡，故d正確。3(多選)對(duì)公式emc2的正確理解是()a如果物體的能量減少了e，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少mb如果物體的質(zhì)量增加了m，它的能量也一定相應(yīng)增加mc2cm是某原子核在衰變過(guò)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e，則這些核子的質(zhì)量和與組成原子核的質(zhì)量之差就是m解析：選abd一定質(zhì)量對(duì)應(yīng)于一定的能量，物體的能量減少了e，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少m，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m，它的能量一定相應(yīng)增加mc2，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。4歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動(dòng)能為0.5 mev的質(zhì)子h轟擊靜止的x，生成兩個(gè)動(dòng)能均為8.9 mev的he。(1 mev1.61013 j)(1)上述核反應(yīng)方程為_(kāi)。(2)質(zhì)量虧損為_(kāi)kg。解析：(1)hxhehe。(2)mc2e末e初，所以m kg3.11029 kg答案：(1)hxhehe或hlihehe(2)3.11029課堂小結(jié) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)十六一、單項(xiàng)選擇題1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)雜磁力解析：選c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。2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 kg和m2 kg的原子核結(jié)合為質(zhì)量為m kg的原子核時(shí)，釋放出的能量是()a(mm1m2)c2 jb(m1m2m)931.5 jc(m1m2m)c2 jd(m1m2m)931.5 mev解析：選c在核能計(jì)算時(shí)，如果質(zhì)量單位是kg，則用emc2進(jìn)行計(jì)算，單位是j；若質(zhì)量單位是u，則利用em931.5 mev進(jìn)行計(jì)算，所以選項(xiàng)c正確。3科學(xué)研究表明，自然界存在四種基本相互作用。我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實(shí)質(zhì)上屬于()a引力相互作用b電磁相互作用c強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用d四種基本相互作用的共同作用解析：選b分子作用范圍約在1010 m數(shù)量級(jí)上，而強(qiáng)相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在1015 m和1018 m之間，故c錯(cuò)誤；在分子作用范圍內(nèi)，引力作用和電磁相互作用都存在，但由于電磁力遠(yuǎn)大于萬(wàn)有引力，引力相互作用可以忽略不計(jì)，因此分子力本質(zhì)上屬于電磁力。故b正確，a、d錯(cuò)誤。4對(duì)于愛(ài)因斯坦提出的質(zhì)能方程emc2，下列說(shuō)法中不正確的是()aemc2表明物體具有的總能量與其質(zhì)量成正比b根據(jù)emc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的結(jié)合能c一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放出能量，表明此過(guò)程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損demc2中的e是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的能量解析：選d公式emc2中的e表示物體具有的總能量，m表示物體的質(zhì)量，故選項(xiàng)a正確，d錯(cuò)誤；emc2表示的意義則是當(dāng)物體的質(zhì)量變化m時(shí)，它的能量就會(huì)相應(yīng)的變化e，故可以計(jì)算結(jié)合能，故選項(xiàng)b正確；核反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量虧損時(shí)，才能釋放核能，故選項(xiàng)c正確。5關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說(shuō)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，以及核力的飽和性，不可能無(wú)節(jié)制的增大原子核而仍穩(wěn)定存在解析：選d質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)越多于質(zhì)子數(shù)，a、b錯(cuò)誤；放射現(xiàn)象說(shuō)明原子核也會(huì)發(fā)生變化，c錯(cuò)誤；由核力作用特點(diǎn)可知，d正確。二、多項(xiàng)選擇題6對(duì)于核力，以下哪些說(shuō)法是正確的()a核力是弱相互作用，作用力很小b核力是強(qiáng)相互作用，是強(qiáng)力c核子之間的距離小于0.81015 m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，特別是在核子之間的距離小于0.81015 m時(shí)，核力的變化規(guī)律更清楚解析：選bc核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在 1.51015 m之內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多，選項(xiàng)b正確，a錯(cuò)誤；核力在核子之間的距離大于0.81015 m時(shí)，表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，在距離小于0.81015 m時(shí)，表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起，選項(xiàng)c正確；人們對(duì)核力的了解還不是很清楚，故選項(xiàng)d錯(cuò)誤。7一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，產(chǎn)生光子，由此可見(jiàn)()a氘核的質(zhì)量等于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和b氘核的質(zhì)量小于質(zhì)子和中子的質(zhì)量之和c核子結(jié)合成原子核時(shí)會(huì)釋放核能d原子核分解成核子時(shí)會(huì)釋放核能解析：選bc由于結(jié)合成氘核時(shí)產(chǎn)生光子，即產(chǎn)生能量，故反應(yīng)中有質(zhì)量虧損，b對(duì)，a錯(cuò)；質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，該反應(yīng)為核子結(jié)合成原子核的反應(yīng)，故c對(duì)，d錯(cuò)。8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用能量等于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)能之和不為零解析：選ad中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)放出的能量為2.2 mev，所以要使氘核分解為中子和質(zhì)子至少也需要2.2 mev的能量，所以a正確；因?yàn)閯?dòng)能為標(biāo)量，氘核分解為中子和質(zhì)子時(shí)，二者不可能都是靜止的，所以動(dòng)能之和不為零，這一部分動(dòng)能來(lái)自于光子的能量，所以b、c錯(cuò)誤，d正確。9在某些恒星內(nèi)，3個(gè)粒子結(jié)合成1個(gè)6c原子的質(zhì)量是12.000 0 u，he原子的質(zhì)量是4.002 6 u。已知1 u1.661027 kg，則()a反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是0.007 8 ub反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損是1.291029 kgc反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是7.26 mevd反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量是1.161019 j解析：選abc由題意可得核反應(yīng)方程為3he6ce。則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m(34.002 612.000 0)u1.29102