第五章　3　核力與結(jié)合能

3核力與結(jié)合能［學(xué)習(xí)目標(biāo)］1.知道核力的概念、特點(diǎn)和四種基本相互作用。2.理解結(jié)合能和比結(jié)合能的概念(重點(diǎn))。3.知道原子核的質(zhì)量虧損，并能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算(重難點(diǎn))。一、核力與四種基本相互作用原子核是由中子和質(zhì)子構(gòu)成的(如圖)。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開(kāi)呢？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.核力：原子核中的之間存在一種很強(qiáng)的相互作用，即存在一種。核力具有飽和性，每個(gè)核子只跟相鄰核子發(fā)生核力作用，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生相互作用。

2.強(qiáng)相互作用(1)強(qiáng)相互作用是力，作用范圍只有約m。

(2)距離增大時(shí)，強(qiáng)相互作用急劇。超過(guò)10-15m，強(qiáng)相互作用不存在。

3.弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核衰變的原因，即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。

(2)弱相互作用是力，其力程只有m。

4.四種基本相互作用為什么質(zhì)量數(shù)較大的穩(wěn)定原子核中的中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)原子核中粒子所受的萬(wàn)有引力和電磁力可以達(dá)到平衡。()(2)核力是強(qiáng)相互作用，在任何情況下都比庫(kù)侖力大。()(3)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因。()(4)核力的作用范圍只有約10-15m。()(5)中子和中子之間不會(huì)有核力作用。()二、結(jié)合能1.結(jié)合能原子核是核子憑借結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開(kāi)，也需要，這就是原子核的結(jié)合能。

2.比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與之比，叫作比結(jié)合能，也叫作結(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。

如圖所示是不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的曲線。(1)從圖中看出，中等質(zhì)量的原子核與重核、輕核相比，比結(jié)合能有什么特點(diǎn)？(2)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化為比結(jié)合能較大的原子核時(shí)是吸收能量還是釋放能量？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中，正確的是()A.核子結(jié)合成原子核吸收的能量或把原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B.比結(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.重核與中等大小的原子核相比較，重核的比結(jié)合能大D.中等大小的原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的大例2(多選)下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法正確的是()A.氘核與氚核結(jié)合成氦核，比結(jié)合能減小B.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C.鈾核發(fā)生α衰變生成釷核，釋放能量，則鈾核的比結(jié)合能比釷核小D.銫原子核(55133Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(82三、質(zhì)量虧損1.質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象，叫質(zhì)量虧損。

2.質(zhì)能方程(1)愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論認(rèn)為，質(zhì)量虧損Δm與釋放的核能ΔE之間的關(guān)系：。

(2)擴(kuò)展：質(zhì)量為m的物體，所蘊(yùn)含的能量E=。

核反應(yīng)中發(fā)生的“質(zhì)量虧損”說(shuō)明核反應(yīng)中質(zhì)量不守恒，所以核反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)不守恒，這種認(rèn)識(shí)正確嗎？為什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________對(duì)質(zhì)能方程E=mc2的理解(1)質(zhì)能方程E=mc2說(shuō)明一定的質(zhì)量總是跟一定的能量相聯(lián)系。具體地說(shuō)，一定質(zhì)量的物體所具有的總能量是一定的，E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的總和。(2)根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。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。(3)根據(jù)質(zhì)能方程ΔE=Δmc2，核反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生的質(zhì)量虧損，并不是消失了，減少的質(zhì)量Δm在核子結(jié)合成核的過(guò)程中以能量的形式輻射出去了。反過(guò)來(lái)，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。例3(2024·泰州市模擬)在某次核反應(yīng)中，一個(gè)氘核12H和一個(gè)氚核13H結(jié)合生成一個(gè)氦核24He，并放出一個(gè)粒子。已知氘核的比結(jié)合能為E1，氚核的比結(jié)合能為E(1)寫出核反應(yīng)方程并求出質(zhì)量虧損；(2)求氦核的比結(jié)合能E3。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例4當(dāng)太陽(yáng)的溫度升至某一溫度時(shí)，太陽(yáng)內(nèi)部會(huì)發(fā)生氦閃：三個(gè)24He生成一個(gè)612C，瞬間釋放大量的核能。已知612C的質(zhì)量是mC=12.0000u，24He的質(zhì)量是mHe=4.0026u，1u相當(dāng)于931(1)寫出氦閃時(shí)的核反應(yīng)方程；(2)計(jì)算一次氦閃過(guò)程釋放的能量；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)求4kg的24He發(fā)生氦閃時(shí)釋放的能量相當(dāng)于多少千克的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒釋放的能量？已知1kg的標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒釋放的能量約為2.9×107J，1MeV=1.6×10-13J，NA=6.02×1023mol________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________核能的計(jì)算方法1.根據(jù)核反應(yīng)過(guò)程，計(jì)算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損Δm。2.根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2計(jì)算核能。(1)若Δm的單位是千克，則需要將c=3×108m/s代入，計(jì)算得到的ΔE的單位為焦耳。(2)若Δm的單位是原子質(zhì)量單位u，則可用ΔE=Δm×931.5MeV計(jì)算，即用質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV。(1u相當(dāng)于931.5MeV)3.在無(wú)光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能。答案精析一、質(zhì)子之間還存在著核力作用。梳理與總結(jié)1.核子核力2.(1)短程10-15(2)減小3.(1)β(2)短程10-18思考與討論質(zhì)子之間除了核力外，還有正電荷之間的庫(kù)侖斥力，而中子和質(zhì)子之間只有核力，沒(méi)有庫(kù)侖斥力。質(zhì)量數(shù)較大的原子核中，中子數(shù)較多，可以緩解質(zhì)子之間的庫(kù)侖斥力的影響，因此質(zhì)量數(shù)較大、質(zhì)子數(shù)相對(duì)較多的原子核中，就需要更多的中子來(lái)維持核的穩(wěn)定，因此，在大而穩(wěn)定的原子核中，中子數(shù)多于質(zhì)子數(shù)。易錯(cuò)辨析(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×二、1.核力能量2.核子數(shù)平均牢固穩(wěn)定思考與討論(1)由曲線可以看出中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能較大，原子核最穩(wěn)定，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核比結(jié)合能要小。(2)釋放能量。例1D［核子結(jié)合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但結(jié)合能不一定越大，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等大小的原子核的比結(jié)合能比輕核、重核的大，且核子數(shù)比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確。］例2BCD［氘核與氚核結(jié)合成氦核，是輕核結(jié)合成中等大小的原子核，比結(jié)合能增大，故A錯(cuò)誤；分散的核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量叫作原子核的結(jié)合能，所以原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故B正確；鈾核發(fā)生α衰變生成釷核，釋放能量，重核分裂成中等大小的核，則鈾核的比結(jié)合能比釷核的小，故C正確；由比結(jié)合能曲線可知，銫原子核(55133Cs)的比結(jié)合能與鉛原子核(82208Pb)的比結(jié)合能相差不太大，而銫原子核(55133Cs)的核子數(shù)比鉛原子核(82208Pb)的核子數(shù)少將近一半，所以銫原子核(55133三、1.小于2.(1)ΔE=Δmc2(2)mc2思考與討論不正確。核反應(yīng)中“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，而是以能量的形式輻射出去。在核反應(yīng)前后，質(zhì)量數(shù)守恒，即反應(yīng)中核子總數(shù)不變。例3(1)12H+13H→2(2)2解析(1)核反應(yīng)方程為12H+13H根據(jù)質(zhì)能方程，可得ΔE=Δm·c2解得Δm=Δ(2)依題意，可得ΔE=4E3-2E1-3E2解得氦核的比結(jié)合能為E3=2E例4(1)324He612C