第4章第1节核力与核能.docx

1、第4章第1节核力与核能 第4章第1节核力与核能第1节核力与核能学 习 目 标知 识 脉 络1.认识核素图，知道核力的概念及特点(重点)2.知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小(重点)3.理解结合能及平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损(难点)4.掌握爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能应用质能方程进行计算(重点)核 力 与 核 的 稳 定 性先填空1核力把原子核中的核子维系在一起的力2核力特点(1)核力是短程力，作用范围在2 f(1 f1015 )左右，它不能延伸到3 f以外(2)当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力(3)核力是一种强相

2、互作用，若两质子之间的距离为1 f，库仑力是200 N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用3核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子4核素图用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象5核的稳定性(1)核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域(2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越越大于质子数再判断1原子核内的质子间均存在核力和库仑力()2稳定原子核的质子数总是与中子数相等()3对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用()后思考原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间

3、里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？【提示】组成原子核的相邻的核子间存在核力核心点击1原子核中核子比例关系：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等；对于较重的原子核，中子数大于质子数越重的原子核，两者相差越多2形成原因及原子核的稳定性(1)原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了这时，不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性(2)核力的饱和性：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我

4、们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的所以，原子核的大小也受到限制1(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B核力既可能是引力，又可能是斥力核力对核子做正功，原子核要释放核能D原子核内相距较远的两个核子间没有核力作用，但一定有库仑力作用【解析】核力表现为引力时随核子间距离的增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故B正确；核力是短程力，只有在2.01015 左右的范围内起作用，故A正确；核子结合成原子核时，核力对核子做正功，原子核释放一定的能量，故正确；原子核内两核子

5、相距较远时没有核力作用，核内质子与中子间不会有库仑力作用，D错误【答案】AB2.核子结合成原子核的下列说法中，正确的是()A原子核内的核子间均存在核力B原子核内的质子间均存在核力和库仑力当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加D质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用【解析】由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.81015 时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.81015 ，故错误；质子数较多的原子核由于只

6、有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确【答案】D结 合 能 与 平 均 结 合 能先填空1结合能核子结合成原子核所释放的能量2平均结合能(1)定义：平均每个核子的结合能(2)意义：平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子3质量亏损(1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损(2)能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为E2.再判断1原子核的核子数越多，平均结合能越大()2质量亏损是因为这部分质量转化为能量()3结合能越大

7、，核子结合得越牢固，原子越稳定()后思考有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？【提示】不对在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化核心点击1对平均结合能的理解(1)平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等质量的核平均结合能最大、最稳定(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就要释放核能2质量亏损、质能方程及核能的计算(1)质量亏损：科学家研究证明在核反应中原

8、子核的总质量并不相等例如，精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出是核反应前与核反应后的质量之差(2)质能方程E2爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量()之间存在着密切的关系，即E2，式中为真空中的光速爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比由于2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的(3)核反应中由于质量亏损而释放的能量E2从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化E与物体的质量变化的关系：E2.3下列关于平均结合能的说法正确的是()A核子数越多，平均结合能越大B核子数越多，平均结合能

9、越小结合能越大，平均结合能越大D平均结合能越大，原子核越稳定【解析】中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大，故A、B、均不正确平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确【答案】D4(多选)关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是()AE2中的E是物体以光速运动的动能BE2是物体各种形式能的总和由E2知，在核反应中亏损的质量转化成能量E放出D由E2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量被放出的能量带走【解析】爱因斯坦的质能方程E2表明，物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，故A错误，B正确E2表明，在核反应中亏损的质量将产生E2的能量，只是以另一种形态的质

10、量(动质量)释放出，与这部分质量相对应的能量为2，而绝不是质量转化为能量了，故错误，D正确【答案】BD5三个粒子结合成一个碳12 6，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u(1 u1.661027 kg) 【导学号：64772051】(1)写出核反应的方程；(2)这个核反应放出的能量是多少焦？(3)这个能量合多少eV?【解析】(1)342He12 6E(2)34.002 6 u12.000 0 u0.007 8 u0.007 81.661027 kg1.294 81029 kgE21.1651012 .(3)E1.16510121.61019eV7.28106

11、 eV7.28 eV.【答案】(1)342He12 6E(2)1.1651012 (3)7.28 eV核能的两种单位换算技巧(1)若以kg为质量亏损的单位，则计算时应用公式E2.(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则E931.5 eV.(3)两种方法计算的核能的单位分别为“”和“eV”，1 eV11061.61019 1.61013 .学业分层测评(十一)(建议用时：45分钟)学业达标1关于核力的下列说法正确的是() 【导学号：64772106】A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B核力就是电磁力核力是短程力D核力与电荷有关【解析】核力是短程力，故对；核力与万有引力、电磁力不同，故A

12、、B不对；核力与电荷无关，故D错【答案】2(多选)下列说法中正确的是()A质子与中子的质量不等，但质量数相等B两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力同一种元素的原子核有相同的质子数，但中子数可以不同D除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力【解析】质子和中子的质量不相等，但差别不大，质量数相等，故A对核子之间的核力随距离变化而变化，并不总大于库仑力，故B错同位素之间质子数相同，中子数不同，质量数也不同，故对核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，但质子与中子之间、中子与中子之间没有库仑力，D错误【答案】A3(多选)一个质子和一个中子结合成氘核时，产生光子，由此可见()A氘核

13、的质量等于质子和中子的质量之和B氘核的质量小于质子和中子的质量之和核子结合成原子核时会释放核能D原子核分解成核子时会释放核能【解析】由于结合时产生光子，即产生能量，故反应中有质量亏损，但反应过程中质量数守恒，B正确，A错误质子和中子统称核子，该反应为核子结合成原子核的反应，故对，D错【答案】B4(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是()【导学号：64772052】A原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功B原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D不同原子核的平均结合能不同，重核的平均

14、结合能比中等质量核的平均结合能大【解析】原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能不同原子核的平均结合能不同重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小综上所述，正确选项为A、B、.【答案】AB5(多选)对公式E2的正确理解是()A如果物体的能量减少了E，它的质量也一定相应减少B如果物体的质量增加了，它的能量也一定相应增加2是某原子核在衰变过程中增加的质量D在把核子结合成原子核时，若放出的能量是E，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是【解析】一定质量对应于一

15、定的能量，物体的能量减少了E，它的质量也一定相应减少，即发生质量亏损，如果物体的质量增加了，它的能量一定相应增加2，所以选项A、B、D正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项错误【答案】ABD6某核反应方程为21H31H42HeX.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7u，则X是_，该反应_(填“释放”或“吸收”)能量【解析】由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H31H42He10X，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量12.013 6 u3.018 0

16、 u5.031 6 u，反应后产物总质量24.002 6 u1.008 7 u5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量【答案】中子释放7原子质量单位为u,1 u相当于931.5 eV的能量，真空中光速为，当质量分别为1和2的原子核结合为质量为的原子核时释放出的能量是_【解析】1、2、的单位是kg，12其单位也为kg，由E2可得核反应过程释放的能量E(12)2.【答案】(12)28如下一系列核反应是在恒星内部发出的，p12 613 7N13 7N13 6ep13 614 7Np14 7N15 815 815 7Nep15 7N12 6.其中p为质子，

17、为粒子，e为正电子，为一种中微子已知质子的质量为p1.672 6481027 kg，粒子的质量为6.644 9291027 kg，正电子的质量为e9.111031 kg，中微子的质量可忽略不计，真空中的光速3.00108 /s.试计算该系列核反应完成后释放的能量【解析】将题中的几个核反应方程左右分别相加，消去两边相同的项，上述系列反应等效为：4p2e2，质量亏损4p(2e)41.672 6481027 kg6.644 9291027 kg29.111031 kg0.043 8411027 kg，释放的能量E20.043 8411027(3.00108)23.951012 .【答案】3.9510

18、12能力提升9(多选)如图4­1­1是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象下列说法中正确的是() 【导学号：64772107】图4­1­1A若D、E能结合成F，结合过程一定释放能量B若D、E能结合成F，结合过程一定吸收能量若A能分裂成B、，分裂过程一定释放能量D若A能分裂成B、，分裂过程一定吸收能量【解析】由图可知Fe原子核的核子的平均质量最小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A正确，选项B错误；因为、B核子的平均质量小于A核子的平均质

19、量，故A分裂成B、过程一定要释放能量，所以选项正确，选项D错误【答案】A10一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核并放出一个中子时，质量亏损为，已知阿伏伽德罗常数为NA，真空中的光速为，若1 l氘和1 l氚完全发生上述核反应，则在核反应中释放的能量为_【解析】根据爱因斯坦质能方程，一个氘核(21H)和一个氚核(31H)结合成一个氦核并放出一个中子时释放的能量为2,1 l氘和1 l氚完全发生上述核反应，释放的能量应为2的NA倍，即为NA2.【答案】NA211一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个粒子已知质子的质量是1.673 61027 kg，锂核的质量是11.650 5

20、1027 kg，氦核的质量是6.646 61027 kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量(保留3位有效数字)【解析】(1)由质量数和电荷数守恒可得73Li11H242He.(2)核反应的质量亏损Lip2(11.650 510271.673 6102726.646 61027) kg3.091029 kg.释放的能量E23.091029(3108)2 2.781012 .【答案】(1)73Li11H242He(2)2.78101212如果需把16 8分成8个质子和8个中子，要给它多少能量？要把它分成4个42He，要给它多少能量？已知16 8的核子平均结合能是7.98 eV，42He的核子平均结合能是7.07 eV.【解析】把16 8分成8个质子和8个中子需提供的能量为E1167.98 eV127.68 eV.将2个质子和2个中子结合成一个42He所放出的能量为E247.07 eV28.28 eV.则将16 8分成4个42He需提供的能量为EE14E2127.68 eV428.28 eV14.56 eV.【答案】127.68 eV14.56 eV