人教版高中物理选修3-5教学案：第十九章 第5节 核力与结合能含答案

5核力与结合能1．核力(1)核力：组成原子核的相邻核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。

(2)核力的特点：①核力是强相互作用(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多。

②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内。

核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失；核力在小于0.8×10－15 m时，表现为斥力，因此核子不会融合在一起。

③每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。

(3)四种基本相互作用：自然界中存在四种相互作用，即万有引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。

【例1】激光中子是由重原子核吸收光子后发射中子而产生的，光子的极限能量大约是10 MeV。

假定中子从原子核上向外移开距离10－13 cm所受的力保持不变，则平均核力的数量级是()A．10－3 N B．10 NC．103 N D．无法计算解析：核力是一种很强的力，存在于相邻的核子之间，作用范围在1.5×10－15 m之内，由题意知：F·d＝W＝E，则F＝10×106×1.6×10－1910－13×10－2N＝1.6×103 N，故C正确。

答案：C谈重点几种相互作用①核力与核子是否带电无关，质子与质子间，质子与中子间，中子与中子间都可有核力。

核力属强相互作用，是短程力。

②万有引力相互作用存在于有质量的两物体之间，电磁相互作用存在于两个带电荷的物体之间，它们都是长程力，但相同距离上电磁力比万有引力强1035倍。

③原子核内部还存在一种弱力，弱力是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子发生转变的原因，弱力是短程力，力程比强力更短，为10－18 m，作用强度比电磁力更小。

2．质子、中子的比例与原子核的稳定性(1)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，较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。

第十九章原子核新课标要求1．内容标准（1）知道原子核的组成，知道放射性和原子核的衰变，会用半衰期描述衰变速度,知道半衰期的统计意义，（2）了解放射性同位素的应用，知道射线的危害和防护，例1 了解放射性在医学和农业中的应用，例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性,了解相关的国家标准，（3）知道核力的性质，能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因，会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程，（4）认识原子核的结合能，知道裂变反应和聚变反应，关注受控聚变反应研究的进展，（5）知道链式反应的发生条件，了解裂变反应堆的工作原理，了解常用裂变反应堆的类型，知道核电站的工作模式，（6）通过核能的利用,思考科学技术与社会的关系，例3 思考核能开发带来的社会问题，（7）初步了解恒星的演化，初步了解粒子物理学的基础知识，例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用，2．活动建议：（1）通过查阅资料,了解常用的射线检测方法，（2）观看有关核能利用的录像片，（3）举办有关核能利用的科普讲座，新课程学习19．5 核力与结合能★新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；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；3．理解结合能的概念,知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程,理解质量与能量的关系，（二）过程与方法1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力，（三）情感、态度与价值观1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义，★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解，★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系，★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流，★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等，★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子,质子质量为m p=1.67×10-27kg,带电量为元电荷e=1.6×10-19C,原子核的直径的数量级为10-15m,那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里,带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍,那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力,把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容,也就是第五节：核力与结合能(板书)点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发,比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小,产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念，（二）进行新课1．核力与四种基本相互作用(板书)点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力,另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)，在相同的距离上,这两种力的强度差别很大，电磁力大约要比万有引力强1036倍，基于这两种力的性质,原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的，核物理学家猜想,原子核里的核子间有第三种相互作用存在,即存在着一种核力,是核力把核子紧紧地束缚在核内,形成稳定的原子核,后来的实验证实了科学家的猜测.问：那么核力有怎样特点呢?学生：阅读教材核力的特点部分,讨论、总结并回答核力特点：（1）核力是强相互作用(强力)的一种表现，（2）核力是短程力,作用范围在1.5×10-15 m之内，（3）核力存在于核子之间,每个核子只跟相邻的核子发生核力作用,这种性质称为核力的饱和性，教师总结：除核力外,核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力),弱相互作用是引起原子核β衰变的原因,即引起中子转变质子的原因，弱相互作用也是短程力,其力程比强力更短,为10-18m,作用强度则比电磁力小，点评：通过学生自主学习培养学生的自学能力,同时通过讨论激发学习兴趣，教师讲述：四种基本相互作用力弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力②强力（强相互作用）：在原子核内,强力将核子束缚在一起→短程力③电磁力：电磁力在原子核外,电磁力使电子不脱离原子核而形成原子,使原了结合成分子,使分子结合成液体和固体，→长程力④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”，是引力使行星绕着恒星转,并且联系着星系团,决定着宇宙的现状，→长程力学生：阅读课本左边的阅读内容总结自然界的四种基本相互作用力及它们的作用范围，2．原子核中质子与中子的比例教师：随着原子序数的增加,稳定原子核中的中子数大于质子数，引导学生阅读教材原子核中质子与中子的比例部分及挂图,思考两个问题：随着原子序数的增加,稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系？学生回答：随着原子序数的增加,较轻的原子核质子数与中子数大致相等,但对于较重的原子核中子数大于质子数,越重的元素,两者相差越多，引导学生阅读教材思考为什么随着原子序数的增加,稳定原子核中的中子数大于质子数?点评：提示学生从电磁力和核力的作用范围去考虑，总结：若质子与中子成对地人工构建原子核,随原子核的增大,核子间的距离增大,核力和电磁力都会减小,但核力减小得更快，所以当原子核增大到一定程度时,相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定了；若只增加中子,中子与其他核子没有库仑斥力,但有相互吸引的核力,所以有助于维系原子核的稳定,所以稳定的重原子核中子数要比质子数多，由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会大到其间恨本没有核力的作用,这时候再增加中子,形成的核也一定是不稳定的，因此只有200多种稳定的原子核长久地留了下来，3．结合能由于核子间存在着强大的核力,原子核是一个坚固的集合体，要把原子核拆散成核子,需要克服核力做巨大的功,,或者需要巨大的能量，例如用强大的γ光子照射氘核,可以使它分解为一个质子和一个中子，从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV时,这个反应才会发生.相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核,要放出2.22MeV的能量，这表明要把原子核分开成核子要吸收能量,核子结合成原子核要放出能量,这个能量叫做原子核的结合能.原子核越大,它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能，比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定.点拨：那么如何求原子核的结合能呢?爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系,指出了求原子核的结合能的方法，4．质量亏损（1）质量亏损讲述：科学家研究证明在核反应中原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的表现出来.让学生回顾质量、能量的定义、单位,向学生指出质量不是能量、能量也不是质量,质量不能转化能量,能量也不能转化质量,质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度，点评：质量亏损与质量与能量的关系是本节的难点，学生很容易从字面上得出错误结论：①质量就是能量、能量就是质量,质量可以转化能量, 能量可以转化质量，②在核反应中不遵守质量守恒定律、能量守恒定律;（2）爱因斯坦质能方程：E＝mc2讲述：相对论指出,物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系,即E＝mc2式中, c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c2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：△E=△m c2讲述：物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的,但是如何使这样巨大的能量释放出来？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△m的关系：△E=Δmc2.单个的质子、中子的质量已经精确测定，用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量,与同等数量的质子、中子的质量之和相比较,看一看两条途径得到的质量之差,就能推知原子核的结合能，点评：向学生指出以下几点：①物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损指的是静止质量的减少,减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量，②质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量,只是静止质量的减少，③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律;④质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度，点拨：师生共同阅读原子核的比结合能挂图,指出中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大),这些核最稳定，另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核,或者把较小的核合并成中等大小的核,核子的比结合能都会增加,这样可以释放能量供人使用，（巩固练习）已知1个质子的质量m p=1.007 277u,1个中子的质量m n=1.008 665u.氦核的质量为4.001 509 u. 这里u表示原子质量单位,1 u=1.660 566×10-27 kg. 由上述数值,计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量，（28.3MeV）学生：学习课本例题,做巩固练习,加深对质量亏损、原子核的结合能及比结合能的理解（三）课堂小结根据爱因斯坦质能方程自然界中物体的质量和能量间存在着一定对应关系：E=mc2,可见物质世界贮藏着巨大能量,问题是如何使贮藏的能量释放出来，人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能，在发生化学反应时,是原子外层电子的得失,这种情况下人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”，在核反应时,可以产生较大一些的质量亏损,从而使人类获得了大得多的能量,这里的变化属于原子核的变化,相应的能量称作原子核能，换句话说,即物体贮藏的能量是巨大的，迄今为止,人类所利用的能量还只是很小的一部分,如果人类在探索中能掌握新的方式,以产生更大的质量亏损,也就必然能够获得更为可观的能量, 这对解决人类的能源危机具有重要意义，（四）作业：1、理解原子核的结合能的概念；理解质量与能量的区别及它们之间的对应关系；2、完成课本后面的练习1、2、3、4★教学体会思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木，学生素质的培养就成了镜中花,水中月，。

5 核力与结合能学习目标知识脉络1.了解四种基本相互作用，知道核力的特点．2．认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算．(重点)3．能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因．(难点)核力与四种基本相互作用[先填空]1．核力原子核内核子之间的相互作用力．2．核力的特点(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15_m之内．(3)核力的饱和性：每个核子只跟相邻的核子发生核力作用．3．四种基本相互作用4．原子核中质子与中子的比例(1)较轻原子核：质子数和中子数大致相等．(2)较重原子核：中子数大于质子数，越重的元素两者相差越多．[再判断]1．原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡．(×)2．核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．(×)3．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因．(√)[后思考]四种基本相互作用分别在不同尺度上发挥作用，将他们按照作用距离由小到大排列，应怎样排列？【提示】弱相互作用的作用距离为10－18 m，强相互作用的作用距离为10－15m，电磁力主要体现在原子、分子层面，万有引力主要在宏观和宏观尺度上发挥作用．所以顺序为：弱相互作用、强相互作用、电磁相互作用、万有引力．[合作探讨]探讨1：原子核中的质子数与中子数有怎样的数量关系？【提示】较轻的原子核(原子序数小于20)质子数与中子数大致相等，但随着原子序数的增加(原子序数大于20)，稳定原子核中的中子数大于质子数，且原子序数越大，两者相差越大．探讨2：原子核中任意两个核子之间都存在核力吗？【提示】不是．核力是短程力，只有相邻的两个核子之间才存在核力．[核心点击]1．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用(1)引力相互作用，引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”．是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状．万有引力是长程力．(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体．(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力．(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小．2．核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．(2)核力是短程力．约在10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离为10×10－15 m时核力几乎消失．(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．(4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．3．原子核中质子与中子的比例关系(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但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：①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快．所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．1．(多选)对核力的认识，下列说法正确的是()A．任何核子之间均存在核力B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力【解析】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m的核子之间存在核力，核力发生在核子之间．【答案】BD2．(多选)对原子核的组成，下列说法正确的是()A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使非常多的质子组成原子核C．自然界中存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内一定有中子【解析】由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如1H，C正确；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原1子核的稳定，故D正确.【答案】CD3．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在【解析】由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A、B均错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故C错误，D正确．【答案】 D(1)核力是强相互作用力，只存在于相邻核子之间.(2)核力的存在与核子是否带电及电性无关.(3)原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关.[先填空]1．结合能原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能．2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定．3．质能方程物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2.4．质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象．[再判断]1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×)2．比结合能越大，原子核越稳定．(√)3．质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)[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．[合作探讨]U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为一个静止的铀核232924.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)，同时释放出一定量的核能．探讨1：铀核232U衰变过程中的质量亏损是多少？92【提示】Δm＝232.0372 u－4.002 6 u－228.028 7 u＝0.005 9 u.探讨2：核反应过程发生了质量亏损，同时释放出核能，能说这部分质量转变为能量了吗？【提示】不能．物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量．[核心点击]1．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定.(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．2．对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E＝mc2.(2)质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2.3．核能的计算方法(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm 的单位是u，ΔE的单位是MeV.4．(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有()A．核子结合成原子核时放出能量B．原子核拆解成核子时要吸收能量C．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大【解析】核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A、B正确；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，C、D选项错误．【答案】AB5．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是()【导学号：54472085】A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm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ΔE，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm【解析】一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．【答案】ABD6．取质子的质量m p＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量m n＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s.请计算α粒子的结合能．(计算结果保留两位有效数字)【解析】组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2m p＋2m n)－mα结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE＝4.3×10－12 J.【答案】 4.3×10－12 J核能的两种单位(1)若以kg为质量亏损Δm的单位，则计算时应用公式ΔE＝Δmc2.(2)若以原子单位“u”为质量亏损单位，则ΔE＝Δm×931.5 MeV.(3)两种方法计算的核能的单位分别为“J”和“MeV”，1 MeV＝1×106×1.6×10－19 J＝1.6×10－13 J。

5核力与结合能记一记核力与结合能知识体系1种力——核力2类原子核——较轻原子核、较重原子核2种能量——结合能、比结合能1个方程——质能方程辨一辨1.每个核子只跟邻近的核子才能发生核力作用．(√)2．原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡．(×) 3．核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．(×)4．弱相互作用的力程比电磁力更短．(√)5．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大．(×)想一想1.核子之间都有相互作用的核力，说明核力与电荷有什么关系？质子之间除了核力外还有什么作用力？提示：说明核力与电荷无关．质子之间除了核力外还有库仑力．2．在核反应过程中遵循什么规律？核反应过程中质量守恒吗？提示：在核反应过程中遵循质量数守恒、电荷数守恒．核反应过程中质量不守恒，会发生质量亏损．3．如图所示为原子核的比结合能示意图．(1)比结合能最小的是什么原子核？说明什么问题？(2)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？提示：(1)是氘原子核，说明氘原子核不稳定．(2)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上先增大再减小，中等大小核的比结合能最大最稳定．思考感悟：练一练1.[2019·河北联考](多选)对于核力，以下说法正确的是()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是强相互作用，是强力C．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15 m时，核力的变化规律更清楚解析：核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15 m之内，核力比库仑力大得多，因此，选项B正确，A 错误；核力在大于0.8×10－15m时，表现为吸引力，且随距离增大而减小，在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以，选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项D错误．答案：BC2．如图，原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是()A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成G，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量解析：由ΔE＝Δmc2可知，释放能量时生成物比反应物质量小，反之则大．根据题图可知，D、E结合成F，核子数不变，质量减少，释放能量，A选项正确．答案：A3．如果要把16 8O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 8O的核子比结合能是7.98 MeV，42He的核子比结合能是7.07 MeV)解析：将16 8O分成8个质子和8个中子所提供的能量为16 8O的结合能，即为其核子数与比结合能的乘积．需提供的能量为ΔE＝16×7.98 MeV＝127.68 MeV.168O的结合能为E0＝127.68 MeV.4个42He的总的结合能为E He＝4×4×7.07 MeV＝113.12 MeV.将16 8O分成4个42He需提供的能量为ΔE′＝E0－E He＝127.68 MeV－113.12 MeV＝14.56 MeV.答案：127.68 MeV14.56 MeV要点一核力的性质与原子核的稳定性1.[2019·四川绵阳检测]关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，中子数比质子数多C．原子核都是非常稳定的D．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力解析：原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数大的重原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定，故A、C错误，B正确．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m内，超过此范围，核力急剧减小，会小于库仑力，D错误．答案：B2．(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程力解析：核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，原子核半径的数量级为10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，质子间、中子间、质子和中子间都可以有核力作用，核力是原子核能稳定存在的原因，故C、D正确．答案：CD3．下列说法正确的是()A．质子数与中子数相等的原子核最稳定B．若两个核子间的距离为1.2×10－15 m，则它们间的核力表现为引力C．两个核子间的核力一定为引力D．两个质子间的核力与库仑力一定是一对平衡力解析：中等质量的原子核最稳定，但这些原子核内的质子数和中子数不一定相等，A错误；两个核子间的距离0.8×10－15 m<r<1.5×10－15 m时表现为引力，r<0.8×10－15 m时表现为斥力，B正确，C错误．一个质子可以受到多个质子对它的库仑力作用，而核力只发生在相邻的核子间，两个质子间的核力与库仑力不一定形成平衡力，D错误．答案：B要点二结合能与比结合能4.[2019·贵州检测]下面关于结合能和比结合能的说法正确的是()A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大解析：核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定越大，例如中等质量原子核的比结合能比重核的比结合能大，但由于核子数比重核少，其结合能反而比重核的结合能小，B、C两项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的比结合能大，它的原子核内的核子数又比轻核内的核子数多，因此它的结合能也比轻核的结合能大，D选项正确．答案：D5．(多选)铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是()A．铁核的结合能大于铀核的结合能B．铁核比铀核稳定C．铀核发生核反应变成铁核的过程中要放出能量D．铀核发生核反应变成铁核的过程中质量要亏损解析：铁核的比结合能较大，则它稳定些，铀核的比结合能较小，变成铁核会放出核能，出现质量亏损，B、C、D正确．答案：BCD6．(多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是()A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能解析：E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比，其中E 不能理解为发生核反应时释放的核能，选项A正确，D错误；根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能，选项B正确；一个中子和一个质子结合成氘核时发生聚变反应，会有质量亏损，亏损的质量以能量的形式释放出来，即释放出核能，选项C正确．答案：ABC要点三 质量亏损和质能方程7.[2019·云南模拟]下列说法正确的是( )A ．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B ．由E ＝mc 2可知，能量与质量之间存在着正比关系C ．核反应中的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量D ．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒解析：E ＝mc 2说明能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A 项错误，B 项正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C 项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应中只是一部分静质量变成动质量，故D 错误．答案：B8．镭核226 88Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn ，已知镭核226 88Ra 质量为226.025 4 u ，氡核222 86Rn 质量为222.016 3 u ，放出粒子的质量为4.002 6 u ，已知1 u 的质量对应931.5 MeV 的能量．(1)写出核反应方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若镭核衰变前静止，且衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能．解析：(1)核反应(衰变)方程为226 88Ra →222 86Rn ＋42He.(2)镭核衰变放出的能量为ΔE ＝(226.025 4－4.002 6－222.0163)×931.5 MeV ＝6.05 MeV .(3)镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn －m αv α＝0又根据衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则ΔE ＝12m Rn v 2Rn ＋12m αv 2α 联立以上两式可得Eα＝12mαv2α＝m Rnm Rn＋mα×ΔE＝222222＋4×6.05 MeV＝5.94 MeV.则放出粒子的动能为5.94 MeV.答案：(1)226 88Ra→222 86Rn＋42He(2)6.05 MeV(3)5.94 MeV基础达标1.[2019·广州测试]科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用．我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于()A．引力相互作用B．电磁相互作用C．强相互作用和弱相互作用的共同作用D．四种基本相互作用的共同作用解析：分子力作用范围约在10－10 m数量级上．强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10－15 m和10－18 m之内，在分子力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用．答案：B2．[2019·济宁检测]大科学工程“人造太阳”主要是将核反应21H＋21H→32He＋10n中释放的能量用来发电，已知21H的质量为2. 013 6 u，32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7 u,1 u＝931 MeV/c2.该核反应中释放的核能约为()A．3.7 MeV B．3.3 MeVC. 2.7 MeV D．0.93 MeV解析：该核反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－(3.015 0 u ＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，可知该核反应中释放的核能为ΔE＝0.003 5×931 MeV＝3.3 MeV，选项B正确．答案：B3．(多选)不同原子核的比结合能是不同的，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小，由此，可以确定，下列核反应能释放大量核能的是()A．中等质量的原子核结合成质量较大的重核B．质量较大的重核分裂成中等质量的原子核C．中等质量的原子核分裂成质量较小的轻核D．质量较小的轻核结合成中等质量的原子核解析：两个中等质量的原子核结合成重核的过程，核子的比结合能减少，整个过程将要吸收能量，故A选项错误；质量较大的重核分裂成中等质量的原子核，是上述过程的逆过程，显然是放出能量的，B项正确；根据同样的方法可知，C选项错误，D选项正确．答案：BD4．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的理解正确的是()A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应地增加Δmc2C．Δm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ΔE，则这些核子的质量和与组成的原子核的质量之差就是Δm解析：一定的质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确．如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应地增加Δmc2，所以选项B正确．原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．答案：ABD5．[北京高考题]质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)()A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2解析：该聚变反应方程为11H＋10n→21H，故发生的质量亏损是m1＋m2－m3，根据质能方程得该反应放出的能量ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确．答案：C6．[2019·全国卷Ⅱ]太阳内部核反应的主要模式之一是质子—质子循环，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u ＝931 MeV/c2，c为光速．在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8 MeV B．16 MeVC．26 MeV D．52 MeV解析：核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确．答案：C7．(多选)关于质能方程，下列说法中正确的是()A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的解析：质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，能量增加某一定值时，它的质量也相应地增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以B、D正确．答案：BD8．某核反应方程为21H＋31H―→42He＋X.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 7 u，则下列说法中正确的是()A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量解析：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21H＋31H―→42He＋10X，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u，总质量减少，出现了质量亏损。

高中物理人教版选修3-5 第十九章原子核 5.核力与结合能选择题下列对核力的认识正确的是(? )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10－15 m内的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力【答案】D【解析】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．选择题核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为(? )A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在着强大的核力D．核子间存在着复杂的磁力【答案】C【解析】核子间存在着强大的核力，故核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，答案为C。

选择题关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(? )A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在【答案】D【解析】原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故A、B、C错。

又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故D正确。

选择题某核反应方程为。

已知的质量为2.0136u，的质量为3.0180u，的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u，则下列说法中正确的是(? )A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量【答案】B【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，则X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u，总质量减少，出现了质量亏损。

19.5核力与联合能【要点知识】1．原子核内相邻核子之间的作使劲叫核力||，把原子核内核子分开所需要的能量叫联合能||。

2．联合能与核子数之比叫比联合能||。

比联合能越大 ||，原子核中核子联合得越坚固||，原子核越稳固 ||。

3．原子核的质量小于构成它的核子的质量之和||，这个现象叫做质量损失||。

【基本知识】一、核力与四种基真互相作用1．核力(1)定义：原子核里的间的互相作使劲 ||。

(2)作用：把牢牢地约束在核内||，形成稳固的||。

2．核力的特色(1)核力是的一种表现 ||，在原子核的尺度内 ||，核力比库仑力||。

(2)核力是||，作用范围在m 以内 ||。

核力在大于 0.8 ×10－15 m||，小于 1.5 ×10－15 m 的范围内表现为||，在小于 0.8×10－15 m 时表现为||。

(3)每个核子只跟的核子发生核力作用||，这类性质称为核力的||。

3．四种基真互相作用四种基真互相作用包含万有引力、电磁力、作用和 ______作用 ||，在同样距离上 ||，大约比强 1035倍||。

二、原子核中质子与中子的比率1．较轻原子核：质子数和中子数||。

2．较重原子核：中子数质子数 ||，越重的原子核二者________||。

三、联合能与质量损失1．联合能第1页/共6页原子核是依靠核力联合在一同构成的||，要把它们分开||，也需要||，这就是原子核的结合能 ||。

2．比联合能原子核的联合能与之比 ||，称做比联合能||，也叫联合能||。

比联合能越大||，表示原子核中核子联合得越||，原子核越||。

的核的比联合能最大||，最稳固 ||。

【讲堂例题】例 1、对核力的认识||，以下说法正确的选项是()A．任何物体之间均存在核力B．核力宽泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D ．核力只发生在相距 1.5 ×10－15 m 的核子之间 ||，大于 0.8 ×10－15 m 为吸引力 ||，而小于0.8 ×10－15m为斥力例2、如下图是原子核的均匀核子质量 A 与原子序数Z 的关系图像 ||，以下说法正确的选项是()A ．若 D、 E 能联合成 F||，联合过程必定要开释能量B．若 D、 E 能联合成 F||，联合过程必定要汲取能量C．若 C、 B 能联合成 A||，联合过程必定要开释能量D．若 F、 C 能联合成 B||，联合过程必定要开释能量例3、226222Rn||。

个帅哥帅哥的 ffff5核力与联合能[学习目标 ] 1.认识四种基真互相作用，知道核力的性质.2.能简单解说轻核和重核内中子数、质子数拥有不一样比率的原由.3.知道原子核的联合能和比联合能的观点.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基真互相作用[导学研究 ] (1)有的同学以为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力均衡而使原子达到稳固状态”，这类说法正确吗？答案不正确．质子之间的库仑力的大小与万有引力的大小相差1035倍，二者相差悬殊，不行能均衡．(2)是什么力战胜质子之间的库仑斥力，使核子联合成一个坚固的原子核的？答案核子间 (质子与质子、中子与中子、质子与中子) 存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理 ]核力及特色(1)核力：原子核里的核子间存在着互相作用的核力，核力把核子牢牢地约束在核内，形成稳固的原子核．(2)核力特色①核力是核子间的强互相作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．②核力是短程力，作用范围在－ 151.5× 10 _m 以内．在大于 0.8× 10－15m 时表现为吸引力，超出 1.5× 10－ 15m 时，核力急剧降落几乎消逝；而距离小于 0.8× 10－15m 时，核力表现为斥力．③每个核子只跟周边的核子发生核力作用，这类性质称为核力的饱和性．④核力与核子能否带电没关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都能够有核力作用．(3)四种基真互相作用二位分为Greg[即学即用 ]以下对于核力的说法正确的选项是()A．核力同万有引力没有差别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力－ 15C．核力是短程力，作用范围在 1.5×10m 以内D．核力与电荷相关答案C分析核力是短程力，超出 1.5× 10－15 m，核力急剧降落几乎消逝，故C对；核力与万有引力、电磁力不一样，故A 、B 选项错误；核力与电荷没关，故 D 错．二、原子核中质子与中子的比率[导学研究 ] (1)一些较轻的原子核如42He、168O、126C、147N中质子数和中子数有什么关系？答案质子数与中子数相等．238234(2)92U、 90Th等重核中各有多少此中子、多少个质子？较重的原子核中中子数和质子数有什么关系？答案23892U 中含有 92 个质子、 146 此中子；23490Th 中含有 90 个质子， 144 此中子．较重的原子核中中子数大于质子数．(3)试从核力的特色及核力的饱和性对上述现象做出解说，并说明原子核能无穷地增大吗？答案稳固的重原子核里，中子数要比质子数多，因为核力作用范围有限，以及核力的饱和性，假如持续增大原子核，一些核子间距离会大到此间根本没有核力作用，这时即便再增添中子，形成的核也必定是不稳固的，所以原子核不可以无穷地增大．[知识梳理 ]因为核力是短程力及核力的饱和性，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大概相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，二者相差越多．[即学即用 ]以下对于原子核中质子和中子的说法，正确的选项是()A．原子核中质子数和中子数必定相等B．稳固的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是特别稳固的D．因为核力的作用范围是有限的，所以不行能无克制地增大原子核而仍稳固存在答案D分析由稳固核的质子数与中子数的关系图象可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故 A 、B 错误；原子核能够发生衰变，故 C 错误；由核力作用特色可知，核子数越多的原子核越不稳固，故 D 正确．三、联合能[导学研究 ] (1)设有一个质子和一此中子在核力作用下凑近碰撞并联合成一个氘核．质子和中子联合成氘核的过程中是开释能量仍是汲取能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子联合成原子核的过程中要开释能量；氘核分解成质子和中子时要汲取能量．(2)如图 1 所示是不一样原子核的比联合能随质量数变化的曲线．图 1①从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核对比比联合能有什么特色？比联合能的大小反应了什么？②比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时是汲取能量仍是开释能量？答案①中等质量的原子核比联合能较大，比联合能的大小反应了原子核的稳固性，比联合能越大，原子核越稳固．②开释能量．[知识梳理 ] 对联合能的理解(1) 联合能：原子核是核子依靠核力联合在一同构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的联合能．(2) 比联合能：原子核的联合能与核子数之比称为比联合能．比联合能越大，表示原子核中核子联合得越坚固，原子核越稳固．(3) 核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比联合能较小，中等核子数的原子核，比联合能较大．当比联合能较小的原子核转变为比联合能较大的原子核时会开释核能．[即学即用 ] 以下对联合能、比联合能的认识，正确的选项是 ( )A ．全部原子核均拥有联合能B ．自由核子联合为原子核时，可能汲取能量C ．联合能越大的原子核越稳固D ．比联合能越大的原子核越不稳固答案A分析 自由核子联合成原子核的过程中，核力做正功，开释出能量，反之，将原子核分开变为自由核子时需要汲取相应的能量，该能量即为联合能，故A 正确，B 错误；核子许多的原子核的联合能大， 但它的比联合能不必定大， 比联合能的大小反应了原子核的稳固性，故C 、D 均错误．四、质量损失[导学研究 ]9 9 4 12 1 用 α粒子轰击铍 (4Be)核发现中子的核反响方程为 4 2 6nBe ＋ He → C ＋甲同学说： 核反响过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量以下：m ＝9.012 19 u ， m ＝12.000 u ，m ＝ 4.002 6 u ， m ＝ 1． 008 665 u ．BeCα n－ 27kg) ，他经过计算发现反响以后的质量减少了，于是他得出结论：(此中 1 u ＝ 1.660 566× 10 核反响过程中质量消逝了．这两个同学的说法对吗？假如不对错在哪里？你对证量损失是怎样理解的？答案甲同学的说法错误．核反响过程中质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误．质量损失其实不是质量的消逝．对证量损失的理解(1)在核反响中仍恪守质量守恒和能量守恒，所谓的质量损失其实不是这部分质量消逝或质量转变为能量．物体的质量应包含静止质量和运动质量，质量损失是静止质量的减少，减少的静止质量转变为和辐射能量相联系的运动质量．(2)质量损失也不是核子个数的减少，核反响中核子个数是不变的．[知识梳理 ]质量损失和核能的计算(1)对证能方程和质量损失的理解①质能方程爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着亲密的联系，其关系是E＝ mc2.②质量损失：质量损失，其实不是质量消逝，减少的质量在核子联合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增添，则总能量随之增添；质量减少，总能量也随之减少，这时质2能方程也写作E＝mc .(2)核能的计算①依据质量损失计算依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．②利用原子质量单位u 和电子伏特计算依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量，用核子联合成原子核时质量损失的原子质量单位数乘以931.5 MeV ，即E＝m× 931.5 MeV .此中m的单位是u， E 的单位是MeV.[即学即用 ]依据爱因斯坦的研究成就，物体的能量和质量的关系是E＝ mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m ，中子的质量为m ，氦核的质量为m ，以下关系式正确p nα的是()A ． mα＝(2m p＋ 2m n)B． mα<(2 m p＋ 2m n)C． mα>(2 m p＋ 2m n)D．以上关系式都不正确答案B一、对联合能的理解例 1以下对于联合能和比联合能的说法中，正确的选项是()A．核子联合成原子核汲取的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为联合能B．比联合能越大的原子核越稳固，所以它的联合能也必定越大C．重核与中等质量原子核对比较，重核的联合能和比联合能都大D．中等质量原子核的联合能和比联合能均比轻核的要大分析核子联合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是汲取能量， A 选项错误；比联合能越大的原子核越稳固，但比联合能越大的原子核，其联合能不必定大，比如中等质量原子核的比联合能比重核大，但因为核子数比重核少，其联合能比重核小，B、 C 选项错误；中等质量原子核的比联合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，所以它的联合能也比轻核大， D 选项正确．答案D知识总结联合能、比联合能的对照理解(1)核子联合成原子核时必定开释能量，原子核分开成核子时必定汲取能量．汲取或开释的能量越大，表示原子核的联合能越大．(2)比联合能为联合能与核子数的比值，比联合能越大表示原子核越稳固．一般状况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比联合能大．二、质量损失和核能的计算例 2 氘核和氚核聚变时的核反响方程为234121H＋ 1H→ 2He＋ 0n，已知 1H的均匀联合能是1.09MeV ，13H 的均匀联合能是 2.78 MeV ，24He 的均匀联合能是7.03 MeV ，则该核反响开释的能量为 ________ MeV .分析聚变反响前氘核和氚核的总联合能E1＝ (1.09× 2＋2.78× 3) MeV＝10.52 MeV.反响后生成的氦核的联合能E2＝ 7.03× 4 MeV ＝ 28.12 MeV.因为单个核子无联合能，所以聚变过程开释出的能量为E＝ E2－ E1＝(28.12－ 10.52) MeV ＝ 17.6 MeV .答案17.6概括总结计算核能的两种方法：(1)依据质量损失计算①依据核反响方程，计算核反响前后的质量损失m.②依据爱因斯坦质能方程E＝mc2计算核能．此中m 的单位是千克， E 的单位是焦耳．(2)利用均匀联合能来计算核能原子核的联合能＝核子的均匀联合能× 核子数．核反响中反响前系统内全部原子核的总联合能与反响后生成的全部新核的总联合能之差，就是该核反响所开释(或汲取 )的核能．针对训练7α粒子．已知质子的质量是 1.673一个锂核 (3Li) 遇到一个质子的轰击，变为两个－ 27kg，锂核的质量是 11.650 5× 10－27－ 276× 10kg，氦核的质量是 6.646 6×10 kg.(1)写出上述核反响的方程；(2)计算上述核反响开释出的能量．答案714×10－ 12 (1)3Li ＋1H → 22He (2)2.781J分析(1)73Li ＋11H → 242He(2)核反响的质量损失m＝ m Li＋ m p－ 2mα＝(11.650 5 × 10－27＋ 1.673 6× 10－27－ 2× 6.646 6× 10－27) kg ＝ 3.09× 10－29 kg 开释的能量E＝mc2＝ 3.09× 10－29×(3 × 108)2 J＝ 2.781× 10－12 J1． (多项选择 )对于原子核的联合能，以下说法正确的选项是()A．原子核的联合能等于使其完整分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的结合能133208C．铯原子核 ( 55Cs)的联合能小于铅原子核( 82Pb)的联合能D．比联合能越大，原子核越不稳固E．自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量大于该原子核的联合能答案ABC分析联合能是把核子分开所需的最小能量，选项 A 正确；一重原子核衰变为α粒子和另一原子核，存在质量损失，核子比联合能增大，衰变产物的联合能之和必定大于本来重核的联合能，选项 B 正确；核子数越多，联合能越大，选项 C 正确；比联合能也叫均匀联合能，比联合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳固，选项 D 错误；自由核子构成原子核时，其质量损失所对应的能量等于该原子核的联合能，选项 E 错误．2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、 m2和 m3.当一个质子和一此中子联合成氘核时，释放的能量是 (c 表示真空中的光速 )()A ． (m1＋m2－ m3)c B． (m1－ m2－ m3)cC． (m1＋m2－ m3 )c2D． (m1－ m2－ m3)c2答案C分析由质能方程E＝ mc2，此中m＝m1＋ m2－ m3可得E＝ (m1＋ m2－ m3)c2，选项 C 正确．3．已知氮核质量M N＝ 14.007 53 u，氧 17 核的质量M O＝ 17.004 54 u，氦核质量 M He＝4.00387 u，氢核质量M H＝1.00814417115 u ，试判断：7N＋2He→8O＋1H 这一核反响是汲取能量仍是放出能量？能量变化是多少？(已知 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案汲取能量 1.2 MeV分析反响前总质量：M N＋ M He＝ 18.011 40 u，反响后总质量：M O＋M H＝ 18.012 69 u.能够看出：反响后总质量增添，故该反响是汲取能量的反响．故E＝ (18.012 69－ 18.011 40)×931.5 MeV ≈ 1.2 MeV .一、选择题 (1～7 为单项选择题， 8 为多项选择题 ) 1．以下对核力的认识正确的选项是()A．任何物体之间均存在核力B．核力宽泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距－15m 内的核子之间，大于－ 151.5× 100.8× 10m 为吸引力，而小于－ 150.8× 10 m 为斥力答案D分析由核力的特色知道，只有相距 1.5× 10－15m 内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知 D 正确， A、 B、 C 错误．2. 126C 的核由 6 个质子与 6 此中子构成，两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则三种力从大到小的摆列次序是()A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力答案D分析核力是强互相作使劲，是它将核子约束在原子核内；库仑力假如大于核力，原子核内质子就不可以存在于这么小的范围内；万有引力最弱，研究核子间互相作用时万有引力能够忽略．所以 A 、 B、 C 错，选 D.3．原子质量单位为u,1u 相当于 931.5 MeV 的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核联合为质量为M 的原子核时开释出的能量是()个帅哥帅哥的 ffff2A ． (M － m 1－m 2) u × cB ． (m 1＋m 2－ M) u × 931.5 JC ． (m 1＋m 2－ M)cD ． (m 1 ＋m 2－ M)× 931.5 MeV答案D分析 由质能方程E ＝ mc 2 知 C 选项错误；而m ＝ m 1＋ m 2－M ，即反响前总质量减反响 后的总质量，故 A 错误， B 选项单位错误，选项D 正确．4．某核反响方程为 12H ＋13 H → 24He ＋ X. 已知 12H 的质量为 2.013 6 u ，13H 的质量为 3.018 0 u ，24He 的质量为 4.002 6 u ，X 的质量为 1.008 7 u ．则以下说法中正确的选项是 ()A ． X 是质子，该反响开释能量B ． X 是中子，该反响开释能量C ． X 是质子，该反响汲取能量D ． X 是中子，该反响汲取能量答案B分析 依据核反响过程质量数、电荷数守恒，可得23411H ＋ 1H →2He ＋0X ， X 为中子，在该反响发生前反响物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋ 3.018 0 u ＝ 5.031 6 u ，反响后产物总质量 m 2＝4.002 6u ＋ 1.008 7 u ＝ 5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量损失，故该反响开释能量．5．如图 1 所示是描绘原子核核子的均匀质量 m 与原子序数 Z 的关系曲线， 由图可知以下说法正确的选项是 ( )图 1A ．将原子核 A 分解为原子核B 、C 可能汲取能量个帅哥帅哥的 ffffB ．将原子核C ．将原子核D ．将原子核 D 、E 联合成原子核F 可能汲取能量A 分解为原子核B 、 F 必定开释能量F 、 C 联合成原子核 B 必定开释能量答案C分析因 B 、C 核子均匀质量小于 A 的核子均匀质量，故 A 分解为 B 、C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故 A 错．同理可得 B 、D 错， C 正确．6．雷蒙德 ·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子 (νe )而获取了 2002 年度诺贝尔物理学奖，他探测电子中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t 四氯乙烯 (C 2 Cl 4)溶液的巨桶，电子中微子能够将一个氯核转变为一个氩核，其核反响方程式为 ν＋ 37 37 0－37e 17Cl → 18Ar ＋ 1e ，已知 17Cl核的质量为 36.956 58 u ，37－1e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量对18Ar 核的质量为 36.956 91 u ， 0 应的能量为 931.5 MeV.依据以上数据，能够判断参加上述反响的电子中微子的最小能量为()A ． 1.33 MeVB ． 0.82 MeVC ． 0.51 MeVD ． 0.31 MeV答案B分析 依据 1 原子质量单位 (u)相当于 931.5 MeV 的能量， 则E ＝ m × 931.5 MeV ＝ (36.95691＋ 0.000 55－ 36.956 58)× 931.5 MeV ≈ 0.82 MeV . 7．中子 n 、质子 p 、氘核 D 的质量分别为 m n 、 m p 、m D .现用光子能量为 E 的 γ射线照耀静止氘核使之分解，核反响方程为γ＋ D → p ＋ n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是 ()A.12[(m D － m p －m n )c 2－ E]12B. [(m D ＋ m n － m p )c ＋ E]1 2C.2[(m D－m p － m n )c＋E]12D. [(m D ＋ m n － m p )c －E]答案C分析因为轻核聚变时放出能量，质量损失，所以氘核分解为核子时，要汲取能量，质量增加，此题核反响过程中γ射线能量 E 对应质量的增添和中子与质子动能的产生，即 E＝ mc221212＋2E k＝ (m p＋ m n－ m D)c＋ 2E k得 E k＝2[E－ (m p＋ m n－ m D )c ]＝2[( m D－ m p－ m n)c＋ E]，应选C.8．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005 年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝ mc2，以下说法中正确的选项是()A ． E＝ mc2定量地指出了物体拥有的能量与其质量之间的关系B．依据E＝mc2能够计算核反响中开释的核能C．一此中子和一个质子联合成氘核时，开释出核能，表示此过程中出现了质量损失D． E＝ mc2中的 E 是发生核反响中开释的核能答案ABC分析E＝ mc2中的 E 表示物体拥有的总能量，m 表示物体的质量，故A说法正确；对于E ＝mc2表示的意义是当物体的能量增添或减少 E 时，它的质量也会相应地增添或减少m，故 B 说法正确；只有当出现质量损失时，才能开释核能，故 C 说法正确；公式E＝mc2中，E 为质量为m 的物体所对应的能量，而非核反响中开释的能量， D 错误．二、非选择题9．已知质子的质量是 1.008 665 u 、中子的质量也是 1.008 665 u ，氢原子的质量是 1.007 825 u，碳原子的质量是12.000 000 u,12 个核子联合成碳原子核时，质量损失是________，碳原子核的比联合能是________．(1 u 相当于 931.5 MeV 的能量 )答案0.098 940 u7.68 MeV10.31H 的质量是 3.016 050 u ，质子的质量是 1.007 277 u ，中子的质量是 1.008 665 u ． 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，求： ( 计算结果保存三位有效数字)(1)一个质子和两此中子联合为氚核时，是汲取仍是放出能量？该能量为多少？(3)假如此能量是以光子形式放出的，则光子的频次是多少？答案(1)放出能量 7.97 MeV(2)7.97 MeV 2.66 MeV(3)1.92 ×1021 Hz分析(1)一个质子和两此中子联合成氚核的核反响方程是1131H＋20 n→ 1H，反响前各核子总质量为m p＋ 2m n＝ 1.007 277 u＋ 2×1.008 665 u＝ 3.024 607 u ，反响后新核的质量为m H＝ 3.016 050 u ，质量损失为m＝ 3.024 607 u－ 3.016 050 u＝ 0.008 557 u因反响前的总质量大于反响后的总质量，故此核反响开释能量．开释的核能为E＝ 0.008 557× 931.5 MeV ≈ 7.97 MeV . (2) 氚核的联合能即为E＝7.97 MeV .它的比联合能为E≈ 2.66 MeV. 3(3)放出光子的频次为E7.97×106× 1.6×10－1921ν＝h＝ 6.63×10－34Hz ≈ 1.92× 10 Hz.11．一个静止的镭核226222226 质量为88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核86Rn.已知镭核226.025 4 u，氡核 222 质量为 222.016 3 u，放出粒子的质量为 4.002 6 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量．(1)写出核反响方程；(2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．答案(1) 22688Ra→22286Rn＋42He (2)6.05 MeV(3)5.94 MeV分析(1)核反响方程为2262224 88Ra→ 86Rn＋ 2He.(2)镭核衰变放出的能量为E＝ m·c2＝(226.025 4 － 4.002 6－222.016 3) × 931.5 MeV≈6.05 MeV.(3) 镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn－ mαvα＝ 0①又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则E＝1v212②mRn ＋m v2Rn2α α由①② 可得αm Rn222.016 3×6.05 MeV ≈ 5.94 MeV . E＝·ΔE＝Rn＋mα222.016 3＋4.002 6m。