人教版选择性必修三第五章5.3核力与结合能学案

5.3核力与结合能
一学科核心素养
物理观念∶了解四种基本相互作用与核力的特点，理解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。
科学思维∶理解引力作用是天体间的力（比较显著），电磁相互作用的表现在分子级别上，强相互作用在原子核，弱相互作用又比原子核小很多的级别上。
科学探究：通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。
科学态度与责任∶学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣和责任。
二学习重难点
重点：结合能和比结合能、质量亏损。
难点：结合能和比结合能。
三课前预习
1．核力与四种基本相互作用
(1)核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为___________。
(2)强相互作用的特点
①强相互作用是短程力，作用范围只有约___________m。
②距离增大时，强相互作用急剧___________。超过10－15m，相互作用不存在。
(3)弱相互作用
①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。
②弱相互作用是___________力，其力程只有___________m。
(4)四种基本相互作用
2．强相互作用的特点
（1）强相互作用是_________力，作用范围只有约_________m。
（2）距离增大时，强相互作用急剧________。超过10-15 m，相互作用不存在。
3．在β衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出，中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中的核反应，间接地证实了中微子的存在。
（1）中微子与水中的发生核反应，产生中子（）和正电子（），即中微子，可以判定中微子的质量数和电荷数分别是( )
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
（2）上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转变为两个光子（γ），即。已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31kg，反应中产生的每个光子的能量约为___________J（保留2位有效数字）。
4．静止的硼核（）吸收一个慢中子（速度可忽略）后，转变成锂核（）并放出一个新粒子，则该过程的核反应方程为______________，已知新粒子的动能为1.8MeV，则锂核的动能为________MeV.（计算结果保留三位有效数字）
5．结合能
（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，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越___________，原子核越___________。中等大小的核的比结合能最大，最稳定．
6．我国科学家因中微子项目研究获得2016年基础物理学突破奖。中微子是一种静止质量很小的不带电粒子，科学家在1953年找到了中微子存在的直接证据：把含氢物质置于预计有很强反中微子流（反中微子用表示）的反应堆内，将会发生如下反应：＋H→n＋e，实验找到了与此反应相符的中子和正电子。
（1）若反中微子的能量是E0，则反中微子的质量＝________，该物质波的频率＝________。（普朗克常量为h，真空中光速为c）
（2）在＋H→n＋e反应过程中，
①若质子认为是静止的，测得正电子的动量为p1，中子的动量为p2，p1、p2方向相同，求反中微子的动量p=_______；
②若质子的质量为m1，中子的质量为m2，电子的质量为m3，m2＞m1。要实现上述反应，反中微子的能量至少是______。（真空中光速为c）
7．质量亏损
原子核的质量_________组成它的核子的质量之和的现象。
8．（1）太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源其核反应方程是_______；若，，.则该反应中发生的质量亏损是_______u；如果1u相当于931.5MeV能量，则该反应中释放的能量是_______MeV.由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球公转的周期______（填“较长”“较短”或“没有变化”）.
（2）利用光电转换装置可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是，光电转化效率为.已知太阳辐射的总功率为，太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计，光速为，太阳光射到地球上经历的时间是.试求该太阳能电池能够输出的最大电功率______
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四自我检测
1．一个原子核经图中所示的一系列、衰变后，生成稳定的原子核，则下列说法错误的是（　　）
A．可推知的比结合能比大
B．可推知该过程中将释放能量
C．可推知共发生了几次衰变
D．可推知共发生了几次衰变
2．首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是LiH→He，已知mLi=7.016 0 u，mH=1.0078u，mHe=4.002 6 u，则该核反应方程中的K值和质量亏损分别是（　　）
A．1和4.021 2 u B．1和2.005 6 u C．2和0.018 6 u D．2和1.997 0 u
3．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD。现用能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．2021年4月13日日本政府宣布将向太平洋倾倒逾125万吨福岛核电站内储存的核污水，消息一出，举世哗然。福岛核电站的裂变材料是铀235，核废水中含有大量的氚以及钡141、氪92、锶90、钴60、碘129、钌106等放射性核素。其中铀235的半衰期大约为12.5年，其衰变方程为，下列观点正确的是（　　）
A．衰变中产生的粒子X本质上是氦原子
B．铀235衰变后核子的总质量相比衰变前减少
C．衰变过程中释放核能，铀235的比结合能大于钍231的比结合能
D．如果日本政府在12.5年后再排放经过处理的核污水将不会对环境产生影响
5．2021年3月，考古学家利用技术测定了三星堆遗址四号“祭祀坑”距今约3200年至3000年，年代区间属于商代晚期。已知的半衰期为8267年，其衰变方程为→+，则下列判断正确的是（　　）
A．四个经过8267年一定还剩余两个
B．的比结合能一定大于
C．β衰变的本质是核内一个质子转化中子和电子
D．β衰变过程满足动量守恒，不满足能量守恒
6．原子核的比结合能与核子数的关系如图，由此可知（　　）
A．较重的原子核，如铀核（U），因为它的核子多，核力大，所以结合得坚固而稳定
B．较轻的原子核，如锂核（Li），因为它的核子只有6个，比铀核简单，因而比铀核结合得更稳定
C．核反应过程是比结合能增大的过程
D．原子核A和B结合成C，原子核F分裂成E和D，都会释放核能
7．随着科学技术不断发展，核技术日益成熟，“核电池”也在很多领域得到应用，“核电池”又称“放射性同位素电池”，是利用衰变放出的能量转变为电能而制成。科学家利用衰变反应制成核电池。已知的半衰期约为2.6年，、原子核及X粒子的质量分别为，则下列说法正确的是（　　）
A．该衰变反应是α衰变
B．5.2年后所有原子核均已发生衰变
C．的比结合能一定小于的比结合能
D．一定等于
8．一个氘核和一个氚核结合成一个氦核，同时放出一个中子，其聚变反应方程为。已知氘核、氚核和氦核的结合能分别为E1、E2、E3，光在真空中的传播速度为c。在上述聚变反应方程中质量亏损为（　　）
A． B．
C． D．
9．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
10．2020年10月20日消息，好奇号火星车又有新发现：火星也曾有“绿洲”，或有生命存在，好奇号火星是首辆使用核能提供能量的火星车，它的核能电池系统主要包括两个组成部分：一个装填钚（Pu）二氧化物的热源和一组固体热电偶，将钚238产生的热能转化为电能，这一系统设计使用寿命为14年，钚238的半衰期为88年，原来静止的一个钚238衰变时放出α射线和γ光子，生成原子核X，已知钚238，α粒子、X的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　）
A．X的中子数为142
B．钚238放在高压容器里，其半衰期可能变为90年
C．该核反应中的质量亏损为m2+m3﹣m1
D．γ光子的波长大于
参考答案：
三课前预习
1． 强相互作用 10-15 减小 短程 10－18
2． 短程 10-15 减小
3． A 8.2×10-14
4． 1.03
5． 牢固 稳定
6． p1+p2 (m2+m3-m1)c2
7．小于
8． 0.0255 23.75 较短
四自我检测
1．A
2．C
3．B
4．B
5．B
6．D
7．C
8．B
9．D
10．D
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