物理：19.519.6核力與結(jié)合能

1、 第十九章 第5 6節(jié) 選修3-5第十九章 原子核19.5核力與結(jié)合能 【自主預(yù)習(xí)】1.核力是存在于原子核里的_的相互作用，核力有以下特點：(1)核力是_相互作用(_)的一種表現(xiàn)。在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力_得多；(2)核力是短程力，作用范圍在_ m之內(nèi)。(3)每個核子_的核子發(fā)生核力作用，這種性質(zhì)稱為核力的飽和性。2原子核是核子結(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_。原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱做_，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越_，原子核越_。3物體的能量與它的質(zhì)量之間的關(guān)系，即_。4原子核的質(zhì)量_組成它的核子的質(zhì)量之和，這個現(xiàn)象叫做質(zhì)量虧損

2、。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的_。5核能的計算方法總結(jié)核能的計算是原子物理的重要方面和高考的熱點問題，其計算的基本方法是：（1）根據(jù)質(zhì)量虧損計算，步驟如下：根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m。根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2或Emc2計算核能。計算過程中m的單位是千克，E的單位是焦耳。（2）利用原子單位u和電子伏計算。明確原子單位u和電子伏特間的關(guān)系因1 u1.660 6×1027 kg則Emc21.660 6×1027×(3.0×108)2 J1.494×1010 J又1 eV1.6×1019 J則E1.494

3、15;1010 J931.5 MeV根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即Em×931.5 MeV。上式中，m的單位是u，E的單位是MeV。（3）利用平均結(jié)合能來計算核能原子核的結(jié)合能核子的平均結(jié)合核能×核子數(shù)。（4）根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能（5）應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能【典型例題】 一、核力與四種基本相互作用【例1】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，都是物體間的作用B核力就是電磁力C核力是短程力，作用范圍在1.5×1015 m之內(nèi)D核力與電荷有關(guān)【例

4、2】下列關(guān)于對核力的認(rèn)識，正確的是()A核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，比庫侖力大得多B核力存在于質(zhì)子和中子、中子和中子之間，質(zhì)子和質(zhì)子之間只有庫侖斥力C核力是核子間相互吸引的力，是短程力D核力只存在于相鄰的核子之間，具有飽和性二、結(jié)合能與質(zhì)量虧損【例3】中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD?，F(xiàn)用能量為E的射線照射靜止的氘核使之分解，反應(yīng)方程為Dpn，若分解后的中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是()A.(mDmpmn)c2E B.(mpmnmD)c2EC.(mDmpmn)c2E D.(mpmnmD)c2E【例4】17為了確定愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2的正確性，設(shè)計了如下實驗：用

5、動能為E10.6 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核Li，生成兩個粒子的動能之和為E219.9 MeV。(1)寫出該核反應(yīng)方程；(2)通過計算說明Emc2正確。(已知質(zhì)子mp1.007 3 u，粒子m4.001 5 u，鋰核mLi7.016 0 u)【例5】已知 Po原子核的質(zhì)量為209.982 87 u， Pb原子核的質(zhì)量為205.974 46 u，He原子核的質(zhì)量為4.002 60 u，靜止的 Po核在衰變中放出粒子后變成 Pb，求：(1)衰變過程中釋放的能量；(2)粒子從Po核中射出時的動能；(3)反沖核的動能(已知1 u相當(dāng)于931.5 MeV，且核反應(yīng)釋放的能量只轉(zhuǎn)化為動能。)【課后練習(xí)】1

6、氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A核力、萬有引力、庫侖力B萬有引力、庫侖力、核力C庫侖力、核力、萬有引力D核力、庫侖力、萬有引力2下列說法中正確的是()A原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫侖力B對質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用C重核比中等質(zhì)量的核更穩(wěn)定D兩個質(zhì)子之間不管距離如何，核力總大于庫侖力3下列說法正確的是()A自由核子結(jié)合成原子核時，一定遵循質(zhì)量守恒B在發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量一定等于反應(yīng)后所生成物質(zhì)的總質(zhì)量C發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)是放能反應(yīng)D

7、發(fā)生核反應(yīng)時，反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量，這個反應(yīng)必須吸收能量才能發(fā)生核反應(yīng)4下列說法中，正確的是()A愛因斯坦質(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，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊藏的能量的量度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)變成為能量D因在核反應(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5關(guān)于質(zhì)能方程，下列說法中正確的是()A質(zhì)量減少，能量就會增加，在一定條件下質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量B物體獲得一定的能量，它的質(zhì)量也相應(yīng)地增加一定值C物體一定有質(zhì)量，但不一定有能量，所以質(zhì)能方程僅是某種特殊

8、條件下的數(shù)量關(guān)系D某一定量的質(zhì)量總是與一定量的能量相聯(lián)系的62010年北京理綜太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026 J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A1036 kgB1018 kgC1013 kg D109 kg7一個電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)和一個正電子(質(zhì)量為m、電荷量為e)，以相等的初動能Ek相向運動，并撞到一起，發(fā)生“湮滅”，產(chǎn)生兩個頻率相同的光子，設(shè)產(chǎn)生光子的頻率為，若這兩個光子的能量都為h，動量分別為p和p，下面關(guān)系中正確的是()Ahmc2，ppBhmc2，ppChmc2Ek，ppDh(mc2E

9、k)，pp8質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，真空中光速為c，當(dāng)質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，放出的能量是()Am3c2 B(m1m2)c2C(m3m2m1)c2 D(m1m2m3)c29以mD、mp、mn分別表示氘核、質(zhì)子、中子的質(zhì)量，則()AmDmpmn BmDmp2mnCmnmpmn DmDmpmn10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11

10、已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.008 665 u、中子的質(zhì)量也是1.00 8665 u，氫原子的質(zhì)量是1.007 825 u，碳原子的原子量是12.000 000 u,12個核子結(jié)合成碳原子核時，質(zhì)量虧損是_，碳原子核的比結(jié)合能是_。12粒子的質(zhì)量m6.646 7×1027 kg，質(zhì)子的質(zhì)量mp1.672 6×1027 kg，中子的質(zhì)量mn1.674 9×1027 kg。求粒子(氦核)的比結(jié)合能。19.6重核裂變 【自主預(yù)習(xí)】1.鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)稱為原子核的_。2由重核裂變產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的_。

11、3鈾塊的_是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否進(jìn)行的重要因素，通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的_體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做_。4在核電站中，常用的慢化劑有_、_和普通水(也叫輕水)；為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，這種鎘棒叫做_。5. 核裂變(1)核裂變重核在其他粒子的轟擊下分裂成中等質(zhì)量大小的原子核并放出能量的變化叫做核裂變。鈾核裂變的產(chǎn)物是多樣的，一種典型的鈾核裂變產(chǎn)物是鋇和氪，同時釋放出3個中子，其核反應(yīng)方程是 UnBaKr3n(2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)重核裂變時產(chǎn)生的中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫做鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。臨界體積：能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做

12、臨界質(zhì)量。(3)裂變產(chǎn)生的能量鈾核裂變產(chǎn)物不同，釋放的能量也有差異。一個鈾核裂變釋放的能量如果按200 MeV估算，1 kg鈾全部裂變放出的能量相當(dāng)于2 800 t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能。 6. 核電站(1)了解核電站核電站的核心是核反應(yīng)堆，如圖1961所示，核反應(yīng)堆的主要組成部分及其作用：核燃料：反應(yīng)堆使用濃縮鈾(鈾235占3%4%)制成鈾棒作為核燃料，釋放核能。中子減速劑：鈾235具有易俘獲慢中子、不易俘獲快中子的特點，而核反應(yīng)中釋放的中子多數(shù)為快中子，應(yīng)使用減速劑使它們的速度降下來，常用作減速劑的物質(zhì)有石墨、重水或普通水?？刂瓢簦河晌罩凶幽芰軓姷逆k制成，用以控制反應(yīng)速度。保護(hù)層

13、：反應(yīng)堆外層是很厚的水泥壁，可防止射線輻射出去。熱交換器：靠水或液態(tài)金屬鈉在反應(yīng)堆內(nèi)外的循環(huán)流動，把產(chǎn)生的熱量傳輸出去。(2)核電站的優(yōu)點消耗的“燃料”很少。作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大。對環(huán)境的污染比火電站要小?！镜湫屠}】【例1】關(guān)于重核的裂變，以下說法中正確的是()A鈾235被中子轟擊后都會分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，同時放出幾個中子B鈾235被中子轟擊后二者都會發(fā)生分裂C要使鈾塊發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，其體積必須足夠大D鈾235分裂成兩個中等質(zhì)量的核，比結(jié)合能減小，放出核能【例2】用中子轟擊鈾核(U)，其中的一個可能反應(yīng)是分裂成鋇(Ba)和氪(Kr)兩部分，放出3個中子。各個核和中子的

14、質(zhì)量如下：mU390.313 9×1027 kg，mn1.674 9×1027 kgmBa234.001 6×1027 kg，mKr152.604 7×1027 kg試寫出核反應(yīng)方程，算出反應(yīng)中釋放的核能?！纠?】已知一個鈾235核裂變時能釋放200 MeV的能量，問1 kg鈾完全裂變能釋放多少能量？相當(dāng)于多少噸燃燒值為2.94×107 J/kg的煤所放出的能量？【例4】（2010·上海單科）現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于()A天然放射性元素衰變放出的能量B人工放射性同位素放出的能量C重核裂變放出的能量D化學(xué)反應(yīng)放出的能量【課后練習(xí)

15、】1下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是()A.UThHeB.UnBaKr3nC.PSieD.BeHeCn2關(guān)于鈾核裂變，下述說法正確的是()A鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩種不同的核B鈾核裂變時還能同時釋放23個中子C為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用純鈾235D鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響3關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是()A核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小D由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能4利用重

16、核裂變釋放核能時選用鈾235，主要因為()A它比較容易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)B能自動裂變，與體積無關(guān)C鈾核比較容易分裂成為三部分或四部分，因而放出更多的核能D鈾235價格比較便宜，而且它裂變時放出的核能比其他重核裂變時放出的核能要多5原子反應(yīng)堆是實現(xiàn)可控制的重核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的一種裝置，它主要有哪四部分組成()A原子燃料、慢化劑、冷卻系統(tǒng)和控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)B原子燃料、慢化劑、發(fā)熱系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)C原子燃料、慢化劑、碰撞系統(tǒng)和傳熱系統(tǒng)D原子燃料、中子源、原子能聚存系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)62009年9月，山東榮成石島灣核電站開工，計劃總裝機規(guī)模400萬千瓦。核電站與火電站相比較，其優(yōu)勢在于()A核燃料釋放出的能量遠(yuǎn)大于相等

17、質(zhì)量的煤放出的能量B就可采儲量來說，地球上核燃料資源遠(yuǎn)多于煤炭C核電站造成的污染遠(yuǎn)小于相等發(fā)電能力的火電站D核電站比火電站更容易建造7在核反應(yīng)方程式UnSrXekX中()AX是中子，k9 BX是中子，k10CX是質(zhì)子，k9 DX是質(zhì)子，k108一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程式為UnXSr2n，則下列敘述正確的是()AX原子核中含有86個中子BX原子核中含有141個核子C因為裂變時釋放能量，根據(jù)Emc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D因為裂變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量減少9下列核反應(yīng)方程中，符號“X”表示中子的是 ( ) A Be +HeC+X BN+

18、HeO+X CHg+nPt +2H+X DUNp+X10下列核反應(yīng)方程中正確的是 ( ) AU Th+H BBe +He C +n C Th Pa+e DP Si+e11 .U 受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生Ba和Kr，同時放出200兆電子伏特的能量?，F(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料。假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多大？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023個/摩爾)一、單項選擇題1為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，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，下列說法不正確的是( )AEm

19、c2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比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)中釋放的核能2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，都是物體間的作用B核力就是電磁力C核力是短程力，作用范圍在1.5×1015 m之內(nèi)D核力與電荷有關(guān)3原子核反應(yīng)有廣泛的應(yīng)用，如用于核電站等在下列核反應(yīng)中，屬于核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的是( )A.BnLiHe B.UThHeC.NHeOH D.UnBaKr3n4鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法中正確的是( )A鈾塊的質(zhì)量是重要因素，與體積

20、無關(guān)B為了使鈾235裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時產(chǎn)生的快中子C若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生D裂變能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)二、雙項選擇題5關(guān)于核力，下列說法中正確的是( )A核力是一種特殊的萬有引力B原子核內(nèi)任意兩個核子間都有核力作用C核力是原子穩(wěn)定存在的原因D作用范圍大于0.8×1015 m時核力表現(xiàn)為引力6一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合氘核時，產(chǎn)生光子，由此可見( )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)合成原子核時會釋放核能 D原子核分解成核子時會釋放核能7關(guān)于鈾核的裂變，下列說法正確的是(

21、)A鈾核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，但只能裂變成兩塊B鈾核裂變時能同時釋放23個中子C為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易進(jìn)行，最好用濃縮鈾235D鈾塊的體積對產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)無影響8當(dāng)一個重核裂變時，它所產(chǎn)生的兩個核( )A含有的質(zhì)子數(shù)較裂變前重核的質(zhì)子數(shù)少 B含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)少C裂變時釋放的能量等于俘獲中子時得到的能量 D可能是多種形式的兩個核的組合9為應(yīng)對能源危機和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重，我國制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風(fēng)電和再生能源的政策，在核電中長期發(fā)展規(guī)劃中，要求2020年核電運行裝機總?cè)萘窟_(dá)到4000萬千瓦的水平，請根據(jù)所學(xué)物理知識，判斷下列說法中正確的是( )A核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小B核能發(fā)電對環(huán)境的污染比火力發(fā)電要大C所有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能D核電站中既有重核裂變，又有輕核聚變釋放大量的原子能三、非選擇題10一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放出一個粒子，已知鈾核的質(zhì)量為3.853 131×1025 kg，釷核質(zhì)量為3.786 567×1025 kg，粒子的質(zhì)量為6.646 72×1027 kg，求在這個衰變過程中釋放出來的能量(保留兩位數(shù)字)11在真空中，原來靜止的原子核X在進(jìn)行衰變時，放