人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案2：5 3核力與結(jié)合能

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE15.3核力與結(jié)合能〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.了解四種基本相互作用，知道核力的特點(diǎn)．2．認(rèn)識原子核的結(jié)合能及質(zhì)量虧損，并能應(yīng)用質(zhì)能方程進(jìn)行計(jì)算3．能簡單解釋輕核和重核內(nèi)中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)具有不同比例的原因〖知識梳理〗知識點(diǎn)一、核力與四種基本相互作用1．核力原子核內(nèi)核子之間的相互作用力．2．核力的特點(diǎn)(1)核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多．(2)核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)．(3)核力的飽和性：每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用．3．四種基本相互作用引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。自然界中各種力都可以歸結(jié)為這四種相互作用。知識點(diǎn)二、結(jié)合能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，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能，這個(gè)能量也是核子結(jié)合成原子核而釋放的能量。2．比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，稱作比結(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．知識點(diǎn)三、質(zhì)量虧損定義：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)象叫質(zhì)量虧損。應(yīng)用：根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程E＝mc2.或ΔE＝Δmc2計(jì)算原子核的結(jié)合能。（3）理解：不同原子核的比結(jié)合能不同，中等大小的核的比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定?！嫉淅觥嚼?．下列說法正確的是（）A．結(jié)合能是指由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量B．衰變現(xiàn)象說明電子是原子核的組成成分C．用加溫、加壓或改變其化學(xué)狀態(tài)的方法都不能改變原子核衰變的半衰期D．常用核反應(yīng)原料鈾可以衰變?yōu)殡保?jīng)過4次衰變和1次衰變例2．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為，。方程式中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量見下表（）原子核質(zhì)量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001A．X是，Q2>Q1 B．X是，Q2<Q1 C．X是，Q2>Q1 D．X是，Q2<Q1例3．關(guān)于原子和原子核，下列說法中正確的是（）A．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別是m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成一個(gè)粒子，釋放的能量是（m1+m2-m3）c2B．根據(jù)玻爾理論可知，一個(gè)氫原子的電子從n=4能級向低鰭級躍遷最多可輻射6種頻率的光子C．已知的半衰期是24d，48g的經(jīng)過72d，衰變42gD．原子核的結(jié)合能是指組成原子核的所有核子所具有的能量之和〖隨堂演練〗1．用回旋加速器對質(zhì)子加速,質(zhì)子經(jīng)加速后以Ek的動(dòng)能轟擊靜止的鋰原子核,其核反應(yīng)方程為：。已知質(zhì)子質(zhì)量為m1,鋰原子核的質(zhì)量為m2，α粒子的質(zhì)量為m3,光速為c。若核反應(yīng)釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為α粒子的動(dòng)能,則兩α粒子的總動(dòng)能為（）A．（m1＋m2－m3）c2＋Ek B．（m3－m1－m2）c2＋EkC．（m1＋m2－2m3）c2 D．（m1＋m2－2m3）c2＋Ek2．一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘和氚聚合成氦，并釋放一個(gè)中子。已知氘核質(zhì)量為2.0136u，氚核質(zhì)量為3.0160u，氦核質(zhì)量為4.0026u，中子質(zhì)量為1.0087u，1u相當(dāng)于931MeV。若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生能量的50%轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則每年消耗的氘的質(zhì)量約為（1年按3.2×107s計(jì)算，1MeV=1.6×10-13J）（）A．23.4kg B．11.7kg C．35.1kg D．46.8kg3．太陽能量來源于太陽內(nèi)部氫核的聚變，設(shè)某次聚變反應(yīng)可以看作是4個(gè)氫核結(jié)合成1個(gè)氦核，同時(shí)釋放出正電子。已知?dú)浜说馁|(zhì)量為mP，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c，則此次核反應(yīng)釋放的能量E等于（）A．（4mP－mα－me）c2 B．（4mP－mα－2me）c2C．（4mP+mα－me）c2 D．（4mP+mα－2me）c24．鈾衰變成，氡核不穩(wěn)定，會(huì)進(jìn)一步衰變成，氡核半衰期為3.8天，下列說法正確的是（）A．通過升高溫度，可以縮短氡核的半衰期B．的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能C．4個(gè)氡核經(jīng)過3.8天后還剩下2個(gè)D．鈾衰變成要經(jīng)歷4次衰變和3次衰變5．原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)之間的關(guān)系圖線如圖所示，下列判斷中正確的有（）A．核比核更穩(wěn)定B．核的結(jié)合能約為7MeVC．三個(gè)中子和三個(gè)質(zhì)子結(jié)合成核時(shí)要釋放能量D．在核反應(yīng)中，要吸收熱量6．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)太陽的核聚變反應(yīng)區(qū)只是中心很小的一部分，由于太陽強(qiáng)大的引力和磁場的束縛，使太陽內(nèi)部的能量可以向外持續(xù)穩(wěn)定地釋放，而不會(huì)像氫彈那樣瞬間爆炸，這就是可控核聚變技術(shù)的由來。太陽內(nèi)部核聚變反應(yīng)的一種可能形式為，設(shè)、X和的質(zhì)量分別為m1、m2、m3和m4，光速為c，則下列說法正確的是（）A．X是B．該核反應(yīng)釋放的核能為（m3+m4-m1-m2）c2C．核反應(yīng)中比結(jié)合能較小的原子核變成了比結(jié)合能較大的原子核D．核反應(yīng)中核子平均質(zhì)量較小的原子核變成了核子平均質(zhì)量較大的原子核

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖典例精析〗例1〖答案〗C〖解析〗A．結(jié)合能是指把核子分開而需要的能量，故A錯(cuò)誤。B．衰變現(xiàn)象是指原子核內(nèi)的一個(gè)中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子，原子核內(nèi)沒有電子，故B錯(cuò)誤。C．半衰期是由核內(nèi)部自身因素決定的，跟原子所處的物理化學(xué)狀態(tài)及外部條件無關(guān)，故C正確。D．根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知，衰變?yōu)?，要?jīng)過4次衰變和2次衰變，故D錯(cuò)誤。故選C。例2．〖答案〗D〖解析〗AB．由核反應(yīng)方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，X是，故AB錯(cuò)誤；CD．前一核反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損而后一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損則Δm1>Δm2，故Q1>Q2，故C錯(cuò)誤，D正確。故選D。例3．〖答案〗C〖解析〗A．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程知，質(zhì)子和中子結(jié)合成α粒子，核反應(yīng)方程為釋放的能量是，A錯(cuò)誤；B．由玻爾理論可知，一個(gè)氫原子從n=4能級向低能級躍遷可能最多時(shí)路徑為：n=4→3→2→1，可輻射3種頻率的光子，B錯(cuò)誤；C．經(jīng)過即經(jīng)過3個(gè)半衰期后，48g的還剩下衰變了，C正確；D．原子核的結(jié)合能是指組成原子核的所有核子結(jié)合成原子核時(shí)釋放出來的能量，D錯(cuò)誤。故選C?！茧S堂演練〗1.〖答案〗D〖解析〗根據(jù)質(zhì)能方程，質(zhì)子轟擊鋰原子釋放的能量為根據(jù)質(zhì)子加速后的能量為Ek，則兩α粒子的總動(dòng)能E為故有A、B、C錯(cuò)誤，D正確；故選D。2.〖答案〗A〖解析〗由質(zhì)能方程得每年消耗的總能量可表示為Pt，每年消耗的氘的質(zhì)量A項(xiàng)正確，BCD項(xiàng)錯(cuò)誤。故選A。3.〖答案〗B〖解析〗根據(jù)氫核的聚變過程中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知其反應(yīng)方程為反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損為△m=4mp-mα-2me導(dǎo)致反應(yīng)后核子的平均質(zhì)量小于反應(yīng)前核子的平均質(zhì)量，根據(jù)質(zhì)能方程可得此次核反應(yīng)釋放的能量△E=（4mp-mα-2me）c2故選B。4.〖答案〗B〖解析〗A．半衰期是放射性元素的固有屬性,與所處的環(huán)境物理、化學(xué)狀態(tài)無關(guān),A錯(cuò)誤；B．衰變過程比結(jié)合能變大，故的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，B正確；C．半衰期是大量放射性元素的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，極個(gè)別原子核不存在半衰期的概念，C錯(cuò)誤；D．由于衰變質(zhì)量數(shù)不變，故衰變的次數(shù)為在衰變過程，電荷數(shù)減少8，故衰變次數(shù)為D錯(cuò)誤。故選B。5.〖答案〗C〖解析〗A．平均結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，分析圖象可知，核比核更穩(wěn)定，故A錯(cuò)誤；B．核的結(jié)合能約為，故B錯(cuò)誤；C．三個(gè)中子和三個(gè)質(zhì)子結(jié)合成核