2017_2018学年高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能教学案新人教版

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。

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。

5 核力与结合能三维教学目标1、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。

2、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。

3、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。

教学过程：（一）引入新课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?（两者相差1036倍）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。

（二）进行新课1、核力与四种基本相互作用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。

第十九章原子核19.5核力與結合能【教學目標】1．瞭解核力的概念。

2．知道原子核中質子和中子的比例關係。

3．瞭解愛因斯坦的質能方程，知道品質虧損的概念。

4．會根據質能方程和品質虧損的概念計算核反應中釋放的核能。

重點：愛因斯坦的質能方程，知道品質虧損的概念。

難點：根據質能方程和品質虧損的概念計算核反應中釋放的核能。

【自主預習】1.核力是存在於原子核裡的________的相互作用，核力有以下特點：(1)核力是________相互作用(________)的一種表現。

在原子核的尺度內，核力比庫侖力________得多；(2)核力是短程力，作用範圍在________ m之內。

(3)每個核子________的核子發生核力作用，這種性質稱為核力的飽和性。

2．原子核是核子結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的________。

原子核的結合能與核子數之比，稱做________，也叫平均結合能。

比結合能越大，原子核中核子結合得越________，原子核越________。

3．物體的能量與它的品質之間的關係，即________。

4．原子核的品質________組成它的核子的品質之和，這個現象叫做品質虧損。

品質虧損表明，的確存在著原子核的________。

5．核能的計算方法總結核能的計算是原子物理的重要方面和高考的熱點問題，其計算的基本方法是：（1）．根據品質虧損計算，步驟如下：①根據核反應方程，計算核反應前和核反應後的品質虧損Δm。

②根據愛因斯坦質能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2計算核能。

③計算過程中Δm的單位是千克，ΔE的單位是焦耳。

（2）．利用原子單位u和電子伏計算。

①明確原子單位u和電子伏特間的關係因1 u＝1.660 6×10－27 kg則E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10 J又1 eV＝1.6×10－19 J則E＝1.494×10－10 J＝931.5 MeV②根據1原子品質單位(u)相當於931.5 MeV能量，用核子結合成原子核時品質虧損的原子品質單位數乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。

五、核力与结合能【学习目标】1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。

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。

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。

【新知预习】一．核力和四种基本相互作用1．核力：原子核里的________间存在着相互作用的核力，把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点：(1)核力是________相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．(2)核力是________，作用范围在________之内．(3)每个核子只跟________的核子发生核力作用，这也称为核力的________．3．基本相互作用：(1)长程力：一种是________，另一种是________．(2)短程力：一种________．另一种是________．其中________是引起β衰变的原因．二．核子结合能质量亏损1．原子核中质子与中子的比例：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致________，但对于较重的原子核，中子数________质子数．越重的元素两者相差________．2．结合能原子核是核子结合在一起构成的，要把它们________ ，需要能量，就是原子核的结合能．3．比结合能原子核的结合能与________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________，原子核越________，________的核的比结合能最大、最稳定．4．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程______________．(2)质量亏损原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象．【导析探究】导析一：核力和四种基本相互作用例1 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．原子核内任意两个核子间都有核力作用C．核力是原子核能稳定存在的原因D．核力是一种短程强相互作用力例2 在下列论断中，正确的是( )A.23892U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略核力的作用B.23892U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略核力的作用C.23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略库仑斥力的作用D.23892U核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力之外都存在不可忽略的核力作用导析二：结合能质量亏损例3 31H的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子的质量是1.008665 u．求：(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果这能量以光子形式放出，则光子的频率是多少？例4 下列说法中正确的是( )A．物体获得一定的能量，质量也相应地增加一定值B．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C．根据ΔE＝Δmc2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量D．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能【当堂检测】1．关于核力的说法正确的是( )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C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内D．核力与电荷有关2．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．核子间存在着复杂磁力3．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生反应，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，该聚变过程中( )A．吸收能量，生成的新核是42HeB．放出能量，生成的新核是42HeC．吸收能量，生成的新核是32HeD．放出能量，生成的新核是32He4．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是( )A．m3c2 B．(m1＋m2)c2C．(m3－m1－m2)c2D．(m2＋m1－m3)c22019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．一带电粒子从电场中的A 点运动到B 点，其运动轨迹如图中虚线所示，若不计粒子所受重力，下列说法中正确的是（ ）A ．粒子带负电荷B ．粒子的初速度不为零C ．粒子在A 点的速度大于在B 点的速度D ．粒子的加速度大小先减小后增大2．嫦娥三号的飞行轨道示意图如图所示．假设嫦娥三号在环月段圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力．则（ ）A ．嫦娥三号由环月段圆轨道变轨进入环月段桶圆轨道时，应让发动机点火使其加速B ．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P 点的速度大于Q 点的速度C ．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上Q 点的速度大于月段圆轨道的速度D ．若已知嫦娥三号环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可算出月球的密度3．如图所示，质量为m 、长度为L 的导体棒MN 的电阻为R ，初始时，导体棒静止于水平轨道上，电源的电动势为E 、内阻为r 。

第十九章原子核新課標要求1．內容標準（1）知道原子核的組成。

知道放射性和原子核的衰變。

會用半衰期描述衰變速度，知道半衰期的統計意義。

（2）瞭解放射性同位素的應用。

知道射線的危害和防護。

例1 瞭解放射性在醫學和農業中的應用。

例2 調查房屋裝修材料和首飾材料中具有的放射性，瞭解相關的國家標準。

（3）知道核力的性質。

能簡單解釋輕核與重核內中子數、質子數具有不同比例的原因。

會根據質量數守恆和電荷守恆寫出核反應方程。

（4）認識原子核的結合能。

知道裂變反應和聚變反應。

關注受控聚變反應研究的進展。

（5）知道鏈式反應的發生條件。

瞭解裂變反應堆的工作原理。

瞭解常用裂變反應堆的類型。

知道核電站的工作模式。

（6）通過核能的利用，思考科學技術與社會的關係。

例3 思考核能開發帶來的社會問題。

（7）初步瞭解恒星的演化。

初步瞭解粒子物理學的基礎知識。

例4 瞭解加速器在核子物理、粒子物理研究中的作用。

2．活動建議：（1）通過查閱資料，瞭解常用的射線檢測方法。

（2）觀看有關核能利用的錄影片。

（3）舉辦有關核能利用的科普講座。

新課程學習19．5 核力與結合能★新課標要求（一）知識與技能1．知道核力的概念、特點及自然界存在的四種基本相互作用；2．知道穩定原子核中質子與中子的比例隨著原子序數的增大而減小；3．理解結合能的概念，知道核反應中的品質虧損；4．知道愛因斯坦的質能方程，理解品質與能量的關係。

（二）過程與方法1．會根據質能方程和品質虧損的概念計算核反應中釋放的核能；2．培養學生的理解能力、推理能力、及數學計算能力。

（三）情感、態度與價值觀1．使學生樹立起實踐是檢驗真理的標準、科學理論對實踐有著指導和預見作用的能力；2．認識開發和利用核能對解決人類能源危機的重要意義。

★教學重點品質虧損及愛因斯坦的質能方程的理解。

★教學難點結合能的概念、愛因斯坦的質能方程、品質與能量的關係。

★教學方法教師啟發、引導，學生討論、交流。

★教學用具：多媒體教學設備一套：可供實物投影、放像、課件播放等。

5 核力与结合能[目标定位] 1.了解四种基本相互作用，知道核力的特点.2.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.3.认识原子核的结合能和质量亏损，并能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基本相互作用1．核力原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点(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．(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．3．四种基本相互作用(1)长程力：万有引力和电磁力，对于带电粒子，在相同距离上，电磁力要比万有引力强1035倍．(2)短程力：发生在原子核内的强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强力更短，为10－18 m.【例1】(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．核力是一种短程强力作用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1.5×10－15m之内原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.答案CD核力特点记忆技巧：(1)核子既包括质子也包括中子，质子带电，中子不带电，所以核力与电荷无关．(2)原子核非常小，所以核力属于短程力．(3)质子间是库仑斥力，核力比库仑力大得多，属于强相互作用力．二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核质子数与中子数大致相等．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．【深度思考】为什么轻核的质子数与中子数差不多，而较重的原子核中中子数大于质子数？答案(1)若质子与中子成对地构建原子核，由于核力是短程力，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，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，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．【例2】下列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．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的解析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，越重的元素，两者相差越多．因此正确答案选D.答案 D三、结合能1．结合能克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．2．比结合能原子核的结合能与核子数之比，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．3．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图1所示．图1从图中可看出，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．【深度思考】怎样区别和理解结合能与比结合能？答案结合能：把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量．比结合能：结合能与核子数的比值，比结合能能够反映核的稳定程度，比结合能越大表明原子核越稳定．组成原子核的核子越多，它的结合能越高，但比结合能不一定越大，相对来说，比结合能更有意义．它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度．【例3】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是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，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，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．答案 D四、质量亏损(1)爱因斯坦质能方程：E＝mc2.(2)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．(3)核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，与它们在互相结合过程中放出的能量ΔE 的关系是ΔE＝Δmc2.【深度思考】质量亏损是不是质量消失了？答案质量亏损，并不是质量消失．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.【例4】(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，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算，所以选项B、D正确．答案BD质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化．【例5】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 ＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.答案吸收能量 1.2 MeV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.1．(原子核中质子与中子的比例的理解)在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是( )A．中子数等于质子数B．中子数小于质子数C．中子数大于质子数D．无法确定答案 C解析原子核越重，原子间库仑斥力就越大，而中子数多于质子数，因中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于维系原子核的稳定，故稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．故正确答案为C.2．(对结合能和比结合能的理解)(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( ) A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(13355 Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误．3．(质量亏损和核能的计算)(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定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系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是发生核反应中释放的核能答案ABC解析爱因斯坦质能方程E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．4．在铀核裂变成钡和氪的裂变反应中，质量亏损Δm＝0.215 3 u，那么，一个铀核裂变释放的能量为多少？反应中平均每个核子释放的能量为多少？解析 由爱因斯坦质能方程，可求得铀核裂变时释放的能量ΔE ＝Δmc 2＝0.215 3×931.25 MeV≈200 MeV.铀核中含有235个核子，所以平均每个核子放出的能量200 MeV 235≈0.85 MeV. 答案 200 MeV 0.85 MeV题组一 对核力及结合能的理解1．(多选)原子核内的核子能稳定地结合在一起，是因为有核力的作用，下列说法中正确的是( )A ．核力是核子间的库仑力和万有引力的合力B ．每个核子与核内其他的核子之间都存在核力作用C ．每个核子只跟它相邻的核子之间才有核力的作用D ．核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力答案 CD解析 核力是核子间强相互作用力，是除库仑力、万有引力之外的力，核力与万有引力、库仑力的性质不同，故A 错误；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m ，原子核的半径数量级在10－15 m ，所以核力只存在于相邻的核子之间，故C 正确，B 错误；核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力，故D 正确．2．(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( )A ．核子结合为原子核时，一定释放能量B ．核子结合为原子核时，可能吸收能量C ．结合能越大的原子核越稳定D ．比结合能越大的原子核越稳定答案 AD解析 由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A 正确，B 错误；核子越多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C 错误，D 正确．题组二 质量亏损和核能的计算3．(多选)对公式ΔE ＝Δmc 2的正确理解是( )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，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD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．4．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，该反应吸收能量答案 B解析根据核反应方程质量数、电荷数守恒，可得21H＋31H→42He＋10X，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，故该反应释放能量．5.如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，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．(多选)一个氘核和一个氚核聚变结合成一个氦核，同时放出一个中子，并释放核能．已知氘核、氚核、氦核、中子的质量分别为m 1、m 2、m 3、m 4，真空中的光速为c .下列说法正确的是( )A ．核反应方程是21H ＋31H→42He ＋10nB ．聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4C ．释放的能量ΔE ＝(m 3－m 4－m 1－m 2)c 2D ．氘核的比结合能大于氦核的比结合能答案 AB解析 由核反应规律电荷数、质量数守恒知A 正确；聚变反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，故B 正确；聚变反应中亏损的质量对应减小的能量以光子的形式放出，故光子能量为ΔE ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，故C 错误；氘核的比结合能小于氦核的比结合能，故D 错误．7．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用能量为E 的γ射线照射静止的氘核使之分解，核反应方程为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 ] B.12[(m p ＋m n －m D )c 2－E ] C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E ] D.12[(m p ＋m n －m D )c 2＋E ] 答案 C解析 核反应过程中的质量亏损为Δm ＝m D －m p －m n核反应过程中释放的能量为ΔE ＝Δmc 2＝(m D －m p －m n )c 2质子和中子的总动能为E k ＝ΔE ＋E中子的动能是总动能的一半，故选项C 是正确的．8．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe )而获得了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 2Cl 4)溶液的巨桶，电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe ＋3717Cl→3718Ar ＋0－1e ，已知3717Cl 核的质量为36.956 58 u ，3718Ar 核的质量为36.956 91 u ，0－1e 的质量为0.000 55 u,1 u 质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应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 解析 根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV 的能量，则ΔE ＝Δm ×931.5 MeV＝(36.956 91＋0.000 55－36.956 58)×931.5 MeV≈0.82 MeV.题组三 综合应用9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H ＋31H→42He ＋10n ，已知31H 的平均结合能是2.78 MeV ，21H 的平均结合能是1.09 MeV ，42He 的平均结合能是7.03 MeV ，则核反应时释放的能量为多少MeV?答案 17.6解析 聚变反应前氘核和氚核的总结合能 E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV.反应后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4 MeV ＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6 MeV.10．运动的原子核AZ X 放出α粒子后变成静止的原子核Y.已知X 、Y 和α粒子的质量分别是M 、m 1和m 2，真空中的光速为c ，α粒子的速度远小于光速．求反应后与反应前的总动能之差以及α粒子的动能．答案 (M －m 1－m 2)c 2 MM －m 2(M －m 1－m 2)c 2解析 由于反应过程存在质量亏损，所以反应前、后总动能之差等于质量亏损而释放的核能，则根据爱因斯坦质能方程得ΔE k ＝12m 2v 2α－12Mv 2X ＝(M －m 1－m 2)c 2； 反应过程中三个粒子组成的系统动量守恒，则有Mv X ＝m 2v α联立解得α粒子的动能12m 2v 2α＝M M －m 2(M －m 1－m 2)c 2. 11.31H 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：(计算结果保留三位有效数字)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？答案 (1)放出能量 7.97 MeV(2)7.97 MeV 2.66 MeV(3)1.92×1021Hz解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是11H ＋210n→31H ， 反应前各核子总质量为 m p ＋2m n ＝1.007 277 u ＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u ， 反应后新核的质量为m H ＝3.016 050 u ，质量亏损为Δm ＝3.024 607 u －3.016 050 u ＝0.008 557 u因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量． 释放的核能为ΔE ＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV.(2)氚核的结合能即为ΔE ＝7.97 MeV.它的比结合能为ΔE 3≈2.66 MeV. (3)放出光子的频率为ν＝ΔE h ＝7.97×106×1.6×10－196.63×10－34 Hz≈1.92×1021 Hz.。

5 核力与结合能1．明白什么是核力，了解核力的特点。

2．熟悉原子核的结合能和质量亏损。

3．能应用质能方程进行计算。

在原子核中，质子和中子被约束在线度为10－15 m的区域内。

由于质子带正电，中子不带电，质子之间的库仑力应该会使原子核爆裂开来，但实际上核子却牢牢吸引在一路。

是万有引力的作用吗？提示：不是，因为相距10－15 m的质子间的库仑力比万有引力大得多，万有引力不可能将核子约束在一路，是核子间彼此作用的核力将核子维系在一路。

1．核力与四种大体彼此作用(1)核力是________作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力______。

(2)核力是短程力，作用范围在__________ m之内，核力在大于______________ m时表现为吸引力，且随距离的增大而______。

超过__________ m时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一路。

(3)每一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________。

(4)引发原子核β衰变的原因是________作用，该作用也是短程力，其力程比强力更短，为________ m，作用强度比电磁力____。

2．原子核中质子与中子的比例(1)轻原子核：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致______。

(2)重原子核：对于较重的原子核，中子数______质子数，越重的元素，二者相差就越大。

3．结合能(1)结合能：把原子核分解为独立的核子需要吸收的能量；或核力把核子结合在一路放出的能量，称为原子核的________。

(2)比结合能：结合能与________之比称为比结合能。

比结合能越大，原子核中核子结合得________，原子核越稳固。

4．质量亏损(1)质量亏损：核反映前与反映后的总质量之差称为________。

(2)爱因斯坦质能方程：E ＝mc 2。

(3)核能的计算：ΔE＝Δmc 2，其中Δm 是质量亏损。

第5节核力与结合能1.知道核力的概念、特点和四种根本相互作用． 2.了解结合能和比结合能的概念．3．认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算．一、核力与四种根本相互作用1．核力：原子核内核子之间的相互作用力．2．核力的特点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×10－15m之内．核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用．3．四种根本相互作用二、原子核中质子与中子的比例和结合能1．轻原子核和重原子核较轻原子核：质子数和中子数大致相等．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．2．结合能和比结合能结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能．比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能．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．三、质量亏损1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2．2．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．23．亏损的质量与释放的能量间的关系： E＝ mc．判(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力一判大．()( 2)原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的．()(3 )组成原子核的核子越多，它的结合能就越大．()1(4)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．()(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．()提示：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)×做一做以下关于核力的说法正确的选项是()A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在×10－15m之内D．核力与电荷有关提示：选C．核力是短程力，超过×10－15m，核力急剧下降几乎消失，应选项C正确；核力与万有引力、电磁力不同，应选项A、B错误；核力与电荷无关，应选项D错误．想一想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．在核反响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．对核力的理解1．核力的性质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10－15m数量级时起作用，距离大于×10－15m时为引力，距离小于×10－15m时为斥力，距离超过×10－15m时核力几乎消失．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．核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关．2．原子核中质子与中子的比例关系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．形成原因：①假设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缺乏以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．②假设只增加中子，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，假设再增大原子核，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．2(多项选择)对于核力，以下说法正确的选项是()A．核力是弱相互作用力，作用力很小B．核力是强相互作用的表现，是强力C．核子之间的距离小于×10－15m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×10－15m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×10－15m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×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于×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，应选项D错误．[答案]BC(多项选择)关于原子核中质子和中子的比例，以下说法正确的选项是()A．原子核中质子和中子的个数一定相等B．稳定的重原子核里，中子数要比质子数多C．原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力缺乏以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了D．质子和中子可以组合成任意稳定的核解析：选BC．因为库仑力是长程力，它作用于核内所有质子，而核力只作用于相邻的核子，随着核子间距离的增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用．因此，随着核子间距离的增加，稳定核的中子数越来越大于质子数．对结合能和比结合能的理解1．结合能：要把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量．2．比结合能：等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度．3．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如下列图．从图中可看出，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．(多项选择)对结合能、比结合能的认识，以下正确的选项是()A．核子结合为原子核时，一定释放能量3B．核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．比结合能越大的原子核越稳定[解题探究](1)核子结合成原子核时是放出能量还是吸收能量？结合能越大，原子核越稳定吗？[解析]由自由核子结合为原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子越多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．[答案] AD比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定．结合能E＝nE由核子数和比结合能共同决定．中等质量的原子核的比结合能较大，因而中等质量的原子核较稳定．下面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：选D．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；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，其结合能反而比重核小，B、C两项错；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项对．对质量亏损和质能方程的理解1．质量亏损：所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成原子核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之2间的关系就是E＝mc.22．质能方程E＝mc质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的．具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和．质能方程的本质①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起4来；②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒， 质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以 相互转化．命题视角1 对爱因斯坦质能方程的理解 以下说法中，正确的选项是 ( )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2B ．由E ＝mc 可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体质量作为它所蕴藏的 能量的量度C ．核反响中发现的“质量亏损〞是消失的质量转变为能量D ．因为在核反响中能产生能量，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]＝2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，E mc但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故 A 错误，B 正确；核反响中的“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 错误；在核反响中，质量守恒，能量也守恒，在核反响前后只是能量的存在方式不同，总 能量不变，在核反响前后只是物质由静质量变成动质量，故D 错误．[答案]B命题视角 2对于核能的计算3050u ，质子的质量是 277u ，中子的质量是6651H 的质量是u ．求：(质量亏损1u 相当于释放MeV 的能量)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ 氚核的结合能和比结合能各是多少？[解析](1)一个质子和两个中子结合成氚核的反响方程式是1 13H ，反响前各核 H ＋2n →11子总质量为m p ＋2m n ＝277＋2×665)u ＝607u，反响后新核的质量为H＝ 050u，m质量亏损为m ＝050－607)u＝－557u.因反响前的总质量大于反响后的总质量，故此核反响放出能量． 释放的核能为 E ＝557× MeV ≈MeV. (2)氚核的结合能即为 E ＝MeV ，E它的比结合能为3≈MeV.5[答案] (1)放出能量，能量为MeVMeV MeV核能的计算方法1．根据质量亏损计算(1)根据核反响方程：计算核反响前和核反响后的质量亏损m.(2)根据爱因斯坦质能方程2E＝2E＝mc或mc计算核能．2．利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算明确原子质量单位u和电子伏特间的关系：因为1u＝6×10－27kg2×10－27×82J≈4×10－10J.那么E＝mc＝679×10)又1eV＝2×10－19J那么E＝4×10－10J＝MeV.根据(1)原子质量单位(u)相当于MeV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MeV，即E＝m×MeV.3．利用比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．核反响中反响前系统内所有原子核的总结合能与反响后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反响所释放(或吸收)的核能．【通关练习】1．(多项选择)关于质能方程，以下说法中正确的选项是()A．质量减小，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．一定量的质量总是与一定量的能量相联系2解析：选BD．质能方程E＝mc说明一定量的质量与一定量的能量是相互联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据E＝mc2进行计算，所以B、D正确．2．氘核和氚核反响时的核反响方程为23413MeV，H＋H→He＋nH的比结合能是112012H的比结合能是4MeV，试计算核反响时释放的能量．1MeV，2He的比结合能是解析：反响前氘核和氚核的总结合能E1＝×2＋×3)MeV＝MeV.反响后生成的氦核的结合能2＝×4MeV＝MeV.E由于单个核子无结合能，所以反响过程释放出的能量6E＝E2－E1＝－10.52)MeV＝MeV.答案：MeV7。

5 核力与结合能课堂互动三点剖析一、结合能的理解1.结合能原子核的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功；反之，要把核子集合成一个原子核，则能放出巨大的能量.结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量.比结合能越大，把核子分开而需要的能量就越多，原子核越稳定.2.质量亏损光子的静质量为零，按相对论，光子的运动质量为：2c 光子的能量.核反应中，当计算进光子的质量后，反应前后的质量仍是守恒量.3.如果物体的能量增加了△E ，物体的质量也相应地增加△m ，反过来也一样.符合△E ＝△m ·c 2的关系.二、核能的计算根据爱因斯坦的质能方程，核反应中释放的核能的计算式为ΔE=Δmc 2，其中Δm 为质量亏损，c 为光速，ΔE 是与亏损质量相对应的能量.核能计算有两种方法：1.用ΔE=Δmc 2计算，计算时Δm 的单位是“kg”，c 的单位是“m/s”，ΔE 的单位是“J”.2.用ΔE=Δm×931.5 MeV 计算，因1 u 相当于931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”.三、核力的理解1.粒子间的四种基本相互作用，即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用.2.核力的几个特点：(1)核力是一种短程力.可分为三段：① 短程部分：小于0.8×10-15 m ，表现为很强的斥力，保证了原子核不致坍缩.②中程部分：0.8×10-15 m —1.5×10-15 m ，表现为很强的引力，其强度比库仑力大得多，使原子核中的质子不致因互相排斥而散裂.③长程部分：大于1.5×10-15 m ，表现为很弱的、几乎消失的吸引力.(2)核力的饱和性，也就是原子核中的核子只与其附近的几个核子有作用力，而不是与原子核中的所有核子有作用力.(3)核力的电荷无关性，即核子之间的相互作用，无论是质子与质子、质子与中子、中子与中子，它们之间核力是相等的.各个击破【例1】“原子质量单位”是原子物理中常用的一个特殊单位，符号为u ，1 u=1.660 6×10-27 kg.已知碳-12原子的质量是12.000 000 u ，一个碳-12原子可以看作是由6个氢原子(每个氢原子的质量是1.007 825 u)和6个中子组成(每个中子的质量是1.008 665 u)，求碳-12原子核的结合能.解析：在计算碳核的质量亏损时，因为与电子的能量有关的部分在相减过程中能消去.6个中子的总质量：6m n =6×1.008 665 u=6.051 990 u6个氢原子的总质量：6m H =6×1.007 825 u=6.046 950 u中子和氢原子的质量和：6m n +6m H =12.098 940 u碳-12原子的质量：m C =12.000 000 u质量亏损：Δm=0.098 940 u=1.643×10-28 kg碳-12核的结合能：ΔE=Δmc 2192828106602.1)10997.2(10643.1--⨯⨯⨯⨯=eV=99.2 MeV. 答案：碳-12核的结合能是99.2 MeV【例2】 云室处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，一静止的质量为M 的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m ，电荷量为q ，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内.现测得α粒子运动的轨道半径为R ，试求在衰变过程中的质量亏损.(涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)解析：令v 表示α粒子的速度，由洛伦兹力和牛顿定律得：qvB=Rv M 2.令v′表示衰变后剩余核的速度，在考虑衰变过程中系统的动量守恒时，因为亏损质量很小，可不予考虑，由动量守恒可知：(M-m)v′=mv 在衰变过程中，α粒子和剩余核的动能来自于亏损质量，即Δm·c 2=21(M-m)v′2+21mv 2 解得：Δm=)(2)(22m M M c qBR m -. 答案：)(2)(22m M M c qBR m - 温馨提示:本题把带电粒子在磁场中运动、动量守恒、爱因斯坦质能方程等知识点很好地综合起来，对综合分析能力有较高的要求.【例3】自然界中存在几种相互的作用？它们的特点如何？简答：按照现代物理学的观点，支配物质世界各种运动现象的力可归结为四种基本相互作用，这就是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用.引力相互作用和电磁相互作用是长程力，它们的作用范围从理论上说是无限大.强相互作用和弱相互作用是短程力，弱相互作用只在10-15 m 范围内才有显著作用，弱相互作用的力程更短，不超过10-16 m.引力作用是所有物质客体之间都存在的一种相互作用，称为万有引力，由于引力常量G 很小，对于通常大小的物体，它们之间的引力是非常弱的，所以，对一般物体之间以及原子、分子间存在的万有引力常常忽略不计.但是，当物体的质量很大时，引力作用就十分重要了.因此，引力作用成为星体之间以及星体与其附近物体之间的相互作用.电磁相互作用，包括静止电荷之间以及运动电荷之间的相互作用.静止的点电荷之间的相互作用力，是法国物理学家库仑发现的，叫做静电力或库仑力，运动着的带电粒子之间的相互作用力，除了静电力还有称为磁力的洛伦兹力，根据麦克斯韦的电磁理论和狭义相对论，电和磁是密切相联系的、统一的，因此，电力和磁力统称为电磁相互作用.强相互作用和弱相互作用只在原子核和基本粒子的相互作用中才显示出来，强相互作用是介子和重子(包括质子、中子之间的相互作用)，这种相互作用把核子束缚在一起，物理学家们把它称为核相互作用.近年来发展起来一种描述相互作用的动力学理论，认为强子是由夸克(或称层子)组成，强子之间的强相互作用是通过交换胶子来实现的，弱相互作用是在原子核的β衰变中发现的，核子(质子、中子)、电子和中微子都参与这种相互作用.高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。

5 核力与结合能[目标定位] 1.了解四种基本相互作用，知道核力的性质.2.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.3.知道原子核的结合能和比结合能的概念.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点(1)核力是核子间的强相互作用的一种表现，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1.5×1015m之内．(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这也称为核力的饱和性．(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．3．四种基本相互作用(1)长程力：万有引力、电磁力，在相同距离上，电磁力要比万有引力强1035倍．(2)短程力：发生在原子核内的强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强力更短，为10－18 m.二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核：质子数与中子数大致相等．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．三、结合能与质量亏损1．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，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．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程：E＝mc2．(2)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．(3)亏损的质量与释放的能量间的关系：ΔE＝Δmc2．想一想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？答案不对，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．一、对核力及原子核中质子与中子的比例的理解1．核力的特点：核力是只在邻近的核子之间发生的一种强相互作用，是短程力．2．核子比例关系：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．3．形成原因(1)若质子与中子成对地构建原子核，由于核力是短程力．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，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．例1下列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．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的答案 D解析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，越重的元素，两者相差越多．因此正确答案选D.二、结合能与比结合能的理解1．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图19－5－1所示．图19－5－1从图中可看出，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．2．当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能．3．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，中等核子数的原子核，比结合能较大，原子核较稳定．例2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答案 D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，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．借题发挥结合能、比结合能的对比理解(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．(2)比结合能为结合能与核子数的比值，比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大．针对训练一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________________．该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为________________．答案10n＋11H―→21H Q 2解析方程式：10n＋11H―→21H核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能．它的结合能与核子数之比，称作比结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以比结合能为Q2.三、质量亏损和核能的计算1．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 ＝mc 2. (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，这时质能方程也写作ΔE ＝Δmc 2. 2．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 ＝Δmc 2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.例3 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 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21H ＋31H →42He ＋10X ，X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋3.018 0 u ＝5.031 6 u ，反应后产物总质量m 2＝4.002 6 u ＋1.008 7 u ＝5.011 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，故B 正确．借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化．若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量．例4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＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.对原子核中质子与中子的比例的理解1．在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是( ) A．中子数等于质子数 B．中子数小于质子数C．中子数大于质子数 D．无法确定答案 C解析原子核越重，原子间库仑斥力就越大，而中子数多于质子数，因中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于维系原子核的稳定，故稳定的重原子核里，中子数要比质子数多．故正确答案为C.对结合能与比结合能的理解2．(2014·北京卷)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)c2 D．(m1－m2－m3)c2答案 C解析根据质能方程，ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确，A、B、D错误．质量亏损和核能的计算3．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，下列说法中不正确的是( )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是发生核反应中释放的核能答案 D解析爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C 正确，D错误．4．一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 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)答案(1)73 Li＋11H―→242He(2)2.78×10－12 J解析(1)73 Li＋11H―→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝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 释放的能量ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.78×10－12 J(时间：60分钟)题组一对核力及结合能的理解1．下列关于核力的说法正确的是( )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C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内D．核力与电荷有关答案 C解析核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对；核力与电荷无关0，故D错．2．(2013·新课标全国卷Ⅱ)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E错误．3．对结合能、比结合能的认识，下列正确的是( )A．一切原子核均具有结合能B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．比结合能越大的原子核越稳定答案AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确、B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误、D正确．图19－5－2如图19－5－2所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，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．题组二质量亏损和核能的计算5．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )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，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD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．6．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n―→21H＋γ，以下说法中正确的是( )A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确答案AC解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C.7．原子质量单位为u，1 u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的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)u·c2 B．(m1＋m2－M)u×931.5 JC．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 eV答案 C解析在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错．8．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案AD解析用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A正确、B错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误、D正确．9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，已知31H的平均结合能是2.78 MeV，21H的平均结合能是1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.答案17.6解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV ＝10.52 MeV.反应后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4 MeV ＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6 MeV. 题组三 综合应用10．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的AE X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为________________________________________________________________________． (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X ―→42He ＋42He(或11H ＋73Li ―→42He ＋42He) (2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→42He ＋42He 或11H ＋73Li ―→42He ＋42He. (2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－13（3.0×108）2 kg ＝3.1×10－29kg. 11．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为 1.008 7 u ，质子的质量为1.007 3 u ，氦核的质量为4.002 6 u ，试计算中子和质子生成1 kg 的氦时，要释放出多少核能？答案 6.59×1014J解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1 kg 氦核的个数即可求出释放的总的核能．核反应方程211H ＋210n ―→42He生成一个氦核过程的质量亏损Δm ＝(1.008 7 u ＋1.007 3 u )×2－4.002 6 u ＝0.029 4 u ， 释放的核能ΔE ＝0.029 4×931.5 MeV ＝27.386 MeV 生成1 kg 氦核释放的能量E ＝n ΔE ，11 E ＝1 0004×6.02×1023×27.386×106×1.6×10－19 J ＝6.59×1014 J. 12．一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27 kg ，1 u 相当于931.5 MeV 的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？ 答案 (1)232 92U ―→228 90Th ＋42He(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV解析 (1)232 92U ―→228 90Th ＋42He(2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.005 9 uΔE ＝Δmc 2＝0.005 9×931.5 MeV ＝5.50 MeV(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th ＋(－p α)＝0，p Th ＝p αE kTh ＝p 2Th 2m Th ，E k α＝p 2α2m α，E kTh ＋E k α＝ΔE所以α粒子获得的动能E k α＝m Th m α＋m Th ·ΔE ＝2284＋228×5.5 MeV ＝5.41 MeV。

5 核力与结合能课堂合作探讨问题导学一、核力与四种彼此作用活动与探讨11．目前物理学家提出自然界中有哪四种彼此作用？这四种彼此作用在作用距离上有什么不同？2．在宇宙演化的进程中，各类粒子有机缘进行各类组合，但为何自然界中只有200多种原子核存在？迁移与应用1下列说法中正确的是（）A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力B．对证子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳固的作用C．重核比中等质量的核更稳固D．两个质子之间无论距离如何，核力总大于库仑力1．核力是强彼此作用，在其作用范围内比库仑力大，但其作用距离很小，属短程力，而且每一个核子只跟相邻核子发生核力作用。

2．物理学家正在致力于将四种彼此作用纳入某种统一的理论中，但尚未成功。

1967年，温伯格和萨拉姆在格拉肖电弱统一模型的基础上提出了电弱统一的完善理论。

二、质量亏损与核能的计算活动与探讨21．由比结合能曲线观察原子核质量数与比结合能的关系，比较原子核的稳固性，找出自然界中核子的比结合能有什么特点？2．从比结合能曲线你能取得如何的信息？比结合能曲线3．1930年，中国物理学家赵忠尧在实验中发觉：高能量的射线在铅中具有很强的吸收能力，同时还伴随着一种“额外散射”，大约是 MeV光子。

这是历史性的重大发觉。

但那时出现了某种评价上的失误，使赵忠尧那篇论文没有取得应有的评价。

20世纪90年代著名物理学家杨振宁，撰写专文澄清事实，以正视听。

后来证明，赵忠尧的“额外散射”与正负电子湮灭转化为光子有关，固然光子也能转变成一对正负电子（如图所示的右上方为气泡室中正负电子对的径迹）。

试从能量转化的角度计算要转化为一对正负电子，每一个光子的频率至少应多大？（电子质量m e＝×10－31 kg）迁移与应用2镭核226 88Ra发生衰变放出一个粒子变成氡核222 86Rn。

已知镭核226质量为 4 u，氡核222质量为 3 u，放出粒子质量为 6 u（1 u相当于 MeV）。

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．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.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10－15 m，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10－18 m，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10－15m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15m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。