第4章 第1節(jié) 核力與核能

1、.第1節(jié)核力與核能 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.認(rèn)識(shí)核素圖，知道核力的概念及特點(diǎn)重點(diǎn)2.知道穩(wěn)定原子核中質(zhì)子與中子的比例隨著原子序數(shù)的增大而減小重點(diǎn)3.理解結(jié)合能及平均結(jié)合能的概念，知道核反響中的質(zhì)量虧損難點(diǎn)4.掌握愛因斯坦質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系，能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)展計(jì)算重點(diǎn)核 力 與 核 的 穩(wěn) 定 性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核力是短程力，作用范圍在2 fm1 fm1015 m左右，它不能延伸到3 fm以外2當(dāng)兩核子間間隔 減小時(shí)，核力也迅速減小，至一定值時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力3核力是一種強(qiáng)互相作用，假設(shè)兩質(zhì)子之間的間隔 為1 fm，庫侖力是200 N左右，核力

2、必須非常強(qiáng)才能抵消所有質(zhì)子庫侖力的作用3核素具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子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，所得到的圖象5核的穩(wěn)定性1核素的穩(wěn)定區(qū)：幾乎全落在一條曲線上，或緊靠曲線的兩側(cè)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Z的增加，穩(wěn)定核素的中子數(shù)越來越大于質(zhì)子數(shù)1原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力×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

3、子間存在核力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形成原因及原子核的穩(wěn)定性1原子核大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力非常小，較多的質(zhì)子聚集在一起的核力缺乏以平衡它們之間的庫侖力，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有庫侖斥力，但有互相吸引的核力，有助于維系原子核的穩(wěn)定性2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，假如我們繼續(xù)增大原子核，一些核子間的間隔 會(huì)大到其間根本沒有核力的作用，這時(shí)即使再增加中子，

4、形成的核也一定是不穩(wěn)定的所以，原子核的大小也受到限制1多項(xiàng)選擇關(guān)于核力，以下說法中正確的選項(xiàng)是A原子核內(nèi)每個(gè)核子只跟與它們相鄰的核子間才有核力作用B核力既可能是引力，又可能是斥力C核力對(duì)核子做正功，原子核要釋放核能D原子核內(nèi)相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)核子間沒有核力作用，但一定有庫侖力作用【解析】核力表現(xiàn)為引力時(shí)隨核子間間隔 的增大而減小，表現(xiàn)為斥力時(shí)使核子不會(huì)交融在一起，故B正確；核力是短程力，只有在2.0×1015 m左右的范圍內(nèi)起作用，故A正確；核子結(jié)合成原子核時(shí)，核力對(duì)核子做正功，原子核釋放一定的能量，故C正確；原子核內(nèi)兩核子相距較遠(yuǎn)時(shí)沒有核力作用，核內(nèi)質(zhì)子與中子間不會(huì)有庫侖力作用，D錯(cuò)誤

5、【答案】ABC2.核子結(jié)合成原子核的以下說法中，正確的選項(xiàng)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】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)，而間隔 大于0.8×1015 m時(shí)，核力表現(xiàn)為引力，在此過程中核力必做正功，其間勢(shì)能必定減小，形成原子核后間隔 一般不小于0.8×1015 m，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

6、各個(gè)質(zhì)子間均有很強(qiáng)的庫侖斥力，隨著質(zhì)子數(shù)的增加，其庫侖力增加，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【答案】D結(jié) 合 能 與 平 均 結(jié) 合 能1結(jié)合能核子結(jié)合成原子核所釋放的能量2平均結(jié)合能1定義：平均每個(gè)核子的結(jié)合能2意義：平均結(jié)合能越大，原子核越難別離成單個(gè)核子3質(zhì)量虧損1質(zhì)量虧損：任何一個(gè)原子核的質(zhì)量總是小于組成它的所有核子的質(zhì)量之和，這一差值稱為質(zhì)量虧損2能量計(jì)算：質(zhì)量虧損說明核子組成原子核放出能量，其大小為Emc2.1原子核的核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越大×2質(zhì)量虧損是因?yàn)檫@部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量×3結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越結(jié)實(shí)，原子越穩(wěn)定&#

7、215;有人認(rèn)為質(zhì)量虧損就是核子的個(gè)數(shù)變少了，這種認(rèn)識(shí)對(duì)不對(duì)？【提示】不對(duì)在核反響中質(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)并沒有變化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)合得越結(jié)實(shí)，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：科學(xué)家研究證明在核反響中原子核的總質(zhì)量并不相等例如，準(zhǔn)確計(jì)算說明：氘核的質(zhì)量比一個(gè)中

8、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)量虧損只有在核反響中才能明顯地表現(xiàn)出來m是核反響前與核反響后的質(zhì)量之差2質(zhì)能方程Emc2愛因斯坦指出，物體的能量E和質(zhì)量m之間存在著親密的關(guān)系，即Emc2，式中c為真空中的光速愛因斯坦質(zhì)能方程說明：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)值非常宏大，因此物體的能量是非?？捎^的3核反響中由于質(zhì)量虧損而釋放的能量Emc2從愛因斯坦質(zhì)能方程同樣可以得出，物體的能量變化E與物體的質(zhì)量變化m的關(guān)系：Emc2.3以下關(guān)于平均結(jié)合能的說法正確的選項(xiàng)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

9、大，原子核越穩(wěn)定【解析】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)合得越結(jié)實(shí)，原子核越穩(wěn)定，故D正確【答案】D4多項(xiàng)選擇關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程，以下說法正確的選項(xiàng)是AEmc2中的E是物體以光速c運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能BEmc2是物體各種形式能的總和C由Emc2知，在核反響中虧損的質(zhì)量m轉(zhuǎn)化成能量E放出D由Emc2知，在核反響中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動(dòng)質(zhì)量被放出的能量帶走【解析】愛因斯坦的質(zhì)能方程Emc2說明，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Emc2說明，在核反響中虧損的質(zhì)量m將產(chǎn)生Emc2的能量，只是以另一種形態(tài)的質(zhì)量動(dòng)質(zhì)

10、量釋放出來，與這部分質(zhì)量m相對(duì)應(yīng)的能量為mc2，而絕不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量了，故C錯(cuò)誤，D正確【答案】BD5三個(gè)粒子結(jié)合成一個(gè)碳C，碳原子的質(zhì)量為12.000 0 u，氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u1 u1.66×1027 kg 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772051】1寫出核反響的方程；2這個(gè)核反響放出的能量是多少焦？3這個(gè)能量合多少M(fèi)eV?【解析】13HeCE2m3×4.002 6 u12.000 0 u0.007 8 um0.007 8×1.66×1027 kg1.294 8×1029 kgEmc21.165×1012 J.3EeV7.28&

11、#215;106 eV7.28 MeV.【答案】13HeCE21.165×1012 J37.28 MeV核能的兩種單位換算技巧1假設(shè)以kg為質(zhì)量虧損m的單位，那么計(jì)算時(shí)應(yīng)用公式Emc2.2假設(shè)以原子單位“u為質(zhì)量虧損單位，那么Em×931.5 MeV.3兩種方法計(jì)算的核能的單位分別為“J和“MeV，1 MeV1×106×1.6×1019 J1.6×1013 J.學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)十一建議用時(shí)：45分鐘學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1關(guān)于核力的以下說法正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772106】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

12、D核力與電荷有關(guān)【解析】核力是短程力，故C對(duì)；核力與萬有引力、電磁力不同，故A、B不對(duì)；核力與電荷無關(guān)，故D錯(cuò)【答案】C2多項(xiàng)選擇以下說法中正確的選項(xiàng)是A質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等B兩個(gè)質(zhì)子之間，不管間隔 如何，核力總是大于庫侖力C同一種元素的原子核有一樣的質(zhì)子數(shù)，但中子數(shù)可以不同D除萬有引力外，兩個(gè)中子之間不存在其他互相作用力【解析】質(zhì)子和中子的質(zhì)量不相等，但差異不大，質(zhì)量數(shù)相等，故A對(duì)核子之間的核力隨間隔 變化而變化，并不總大于庫侖力，故B錯(cuò)同位素之間質(zhì)子數(shù)一樣，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)也不同，故C對(duì)核子之間除萬有引力外，還可能存在核力、庫侖力，但質(zhì)子與中子之間、中子與中子之間沒有庫侖力

13、，D錯(cuò)誤【答案】AC3多項(xiàng)選擇一個(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】由于結(jié)合時(shí)產(chǎn)生光子，即產(chǎn)生能量，故反響中有質(zhì)量虧損，但反響過程中質(zhì)量數(shù)守恒，B正確，A錯(cuò)誤質(zhì)子和中子統(tǒng)稱核子，該反響為核子結(jié)合成原子核的反響，故C對(duì)，D錯(cuò)【答案】BC4多項(xiàng)選擇關(guān)于原子核的結(jié)合能與平均結(jié)合能，以下說法中正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772052】A原子核的結(jié)合能等于核子與核子之間結(jié)合成原子核時(shí)核力做的功B原子核的結(jié)合能等于核子從原子核中別離，外力抑制核力做的功C平

14、均結(jié)合能是核子與核子結(jié)合成原子核時(shí)平均每個(gè)核子放出的能量D不同原子核的平均結(jié)合能不同，重核的平均結(jié)合能比中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能大【解析】原子核中，核子與核子之間存在核力，要將核子從原子核中別離，需要外力抑制核力做功當(dāng)自由核子結(jié)合成原子核時(shí)，核力將做功，釋放能量對(duì)某種原子核，平均每個(gè)核子的結(jié)合能稱為平均結(jié)合能不同原子核的平均結(jié)合能不同重核的平均結(jié)合能比中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能要小綜上所述，正確選項(xiàng)為A、B、C.【答案】ABC5多項(xiàng)選擇對(duì)公式Emc2的正確理解是A假如物體的能量減少了E，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少mB假如物體的質(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程中增加的質(zhì)量

15、D在把核子結(jié)合成原子核時(shí)，假設(shè)放出的能量是E，那么這些核子的質(zhì)量和與組成原子核的質(zhì)量之差就是m【解析】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，假如物體的質(zhì)量增加了m，它的能量一定相應(yīng)增加mc2，所以選項(xiàng)A、B、D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【答案】ABD6某核反響方程為HHHeX.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 7u，那么X是_，該反響_填“釋放或“吸收能量【解析】由題目所給核反響方程式，根據(jù)核反響過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒規(guī)律，可得HHHe

16、X，那么X為中子，在該反響發(fā)生前反響物的總質(zhì)量m12.013 6 u3.018 0 u5.031 6 u，反響后產(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)量虧損根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程可知該反響釋放能量【答案】中子釋放7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_【解析】m1、m2、M的單位是kg，mm1m2M其單位也為kg，由Emc2可得核反響過程釋放的能量Em1m2Mc2.【答案】m1m2Mc28如下一系列核反響是在恒星內(nèi)部發(fā)出的，pCNNCepC

17、NpNOONepNC.其中p為質(zhì)子，為粒子，e為正電子，為一種中微子質(zhì)子的質(zhì)量為mp1.672 648×1027 kg，粒子的質(zhì)量為m6.644 929×1027 kg，正電子的質(zhì)量為m9.11×1031 kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)，真空中的光速c3.00×108 m/s.試計(jì)算該系列核反響完成后釋放的能量【解析】將題中的幾個(gè)核反響方程左右分別相加，消去兩邊一樣的項(xiàng)，上述系列反響等效為：4p2e2，質(zhì)量虧損m4mpm2m4×1.672 648×1027 kg6.644 929×1027 kg2×9.11×

18、;1031 kg0.043 841×1027 kg，釋放的能量Emc20.043 841×1027×3.00×1082 J3.95×1012 J.【答案】3.95×1012 J才能提升9多項(xiàng)選擇如圖4­1­1是原子核的核子平均質(zhì)量與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖象以下說法中正確的選項(xiàng)是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772107】圖4­1­1A假設(shè)D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定釋放能量B假設(shè)D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過程一定吸收能量C假設(shè)A能分裂成B、C，分裂過程一定釋放能量D假設(shè)A能分裂成B、C，分裂過程一定吸收能量【解析】

19、由圖可知Fe原子核的核子的平均質(zhì)量最小，那么原子序數(shù)較小的核D、E結(jié)合成原子序數(shù)較大的核F時(shí)，因F核子的平均質(zhì)量小于D、E核子的平均質(zhì)量，故出現(xiàn)質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程知，該過程一定放出核能，所以選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因?yàn)镃、B核子的平均質(zhì)量小于A核子的平均質(zhì)量，故A分裂成B、C過程一定要釋放能量，所以選項(xiàng)C正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤【答案】AC10一個(gè)氘核H和一個(gè)氚核H結(jié)合成一個(gè)氦核并放出一個(gè)中子時(shí)，質(zhì)量虧損為m，阿伏伽德羅常數(shù)為NA，真空中的光速為c，假設(shè)1 mol氘和1 mol氚完全發(fā)生上述核反響，那么在核反響中釋放的能量為_【解析】根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，一個(gè)氘核H和一個(gè)氚核H結(jié)合成一個(gè)氦核并放出一個(gè)中子時(shí)釋放的能量為mc2,1 mol氘和1 mol氚完全發(fā)生上述核反響，釋放的能量應(yīng)為mc2的NA