高中物理第十九章原子核5核力与结合能课后集训新人教版选修3_5

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. 第5节核力与结合能

1．原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把原子核内核子分开所需要的能量叫结合能。

2．结合能与核子数之比叫比结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。

一、核力与四种基本相互作用

1．核力

(1)定义：原子核里的核子间的相互作用力。

(2)作用：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。

2．核力的特点

(1)核力是强相互作用的一种表现，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1.5×10－15 m之内。核力在大于0.8×10－15 m，小于1.5×10－15 m的范围内表现为吸引力，在小于0.8×10－15 m时表现为斥力。

(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。

3．第四种相互作用

核物理学家在原子核内发现了自然界的第四种相互作用——弱相互作用，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。该作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度比电磁力小。

4．四种基本相互作用 .

. 四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用，在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。

二、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，越重的原子核两者相差越多。

三、结合能与质量亏损

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。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。

1 原子核的组成

时间：45分钟

一、选择题(1～6题为单选，7～9题为多选)

1．关于γ射线，下列说法不正确的是( B )

A．它是处于激发态的原子核放射的

B．它是原子内层电子受到激发时产生的

C．它是一种不带电的光子流

D．它是波长极短的电磁波

解析：γ射线是处于激发态的原子核发出的波长极短的电磁波，是一种光子．

2．如图为查德威克实验示意图，由天然放射性元素钋(Po)放射的α射线轰击铍时会产生粒子流A，用粒子流A轰击石蜡时，会打出粒子流B，经研究知道( A

)

A．A为中子，B为质子

B．A为质子，B为中子

C．A为γ射线，B为中子

D．A为中子，B为γ射线

解析：用放射源钋的α射线轰击铍时，能发射出一种穿透力极强的中性射线，这就是所谓铍“辐射”，即中子流，中子轰击石蜡，将氢中的质子打出，即形成质子流，所以A为中子，B为质子，所以A正确．

3.32He可以作为核聚变材料(核聚变是利用轻核聚合为较重核释放出巨大能量为人类提供能源)，下列关于32He的叙述正确的是( C )

A.32He与31H互为同位素

B.32He原子核内中子数为2

C.32He原子核外电子数为2

D.32He代表原子核内有2个质子和3个中子的氦原子

解析：32He核内质子数为2，31H核内质子数为1.两者质子数不等，不是同位素，A错误.32He核内中子数为1，B错误，C正确.32He代表原子核内有2个质子和1个中子的氦原子，D 2 错误．

4.放射性元素放出的射线，在电场中分成A、B、C三束，如图所示，其中( C

)

A．C为氦原子核组成的粒子流

B．B为比X射线波长更长的光子流

C．B为比X射线波长更短的光子流

D．A为高速电子组成的电子流

解析：根据射线在电场中的偏转情况，可以判断，A射线向电场线方向偏转，应为带正电的粒子组成的射线，所以是α射线；B射线在电场中不偏转，所以是γ射线；C射线在电场中受到与电场方向相反的作用力，应为带负电的粒子，所以是β射线．

- 1 - 核聚变 粒子和宇宙

核聚变

[探新知·基础练]

1．核聚变

(1)定义：

两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。

(2)发生条件：

轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。

(3)实例：

①热核反应主要应用在核武器上，如氢弹；

②热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反射堆；

③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。

2．受控热核反应

(1)聚变与裂变相比有很多优点： - 2 - ①轻核聚变产能效率高；

②地球上聚变燃料的储量丰富；

③轻核聚变更为安全、清洁。

(2)实现核聚变的方法：

①难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温；

②方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。(×)

2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。(×)

[释疑难·对点练]

1．从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应。

例如：21H＋31H→10n＋42He＋17.6 MeV。

2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到核力发生作用的距离10－15 m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温。

3．特点

(1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变释放更多的能量。

(2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。

原子核的结合能 原子核的质量小于组成它的质子和中子质量之和，两者之差称为原子核的质量亏损m.如果质量数为A的原子核质量为mA，组成它的质子质量为ZmP，中子质量为（A－Z）mn，则质量亏损可以表示为

根据相对论的质能关系E=mc2，当系统质量改变时,一定也有相应的能量改变,关系为

因此质子、中子组成原子核时放出能量，这能量为原子核的结合能，用EB来表示.反之要使原子核分解为单个的质子和中子就必须给予和结合能等值的能量.例如氘的结合能为2。23MeV，当用能量为2.23MeV的 射线光子去轰击氘就能将它分解为自由的质子和中子（如下图所示）。

氘核分解为质子和中子

原子核的结合能EB与质量数A之比,称为该原子核的平均结合能，又称比结合能，即

核子的比结合能愈大，原子核就愈稳定。下图画出了比结合能对核子数（质量数A）的曲线图。

比结合能曲线

由图中可以看出，最轻核和最重核比结合能较小，对于大多数中等质量的核，比结合能近似地相等，都在8MeV左右，中等质量的核最为稳定。因此当重核裂变成为中等质量的核，或轻核聚变为质量较大的核时，都将释放出巨大的核能。

原子弹是利用重核裂变原理研制出来的核武器，下图是长约3cm的“LittleBoy”型原子弹的照片。

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