4.4 核力与结合能 学案（粤教版选修3-5）

4.4 核力与结合能 学案
【学习目标】
(1)知道核力及其性质．
(2)知道重核和轻核，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．
(3)认识原子核的结合能及平均结合能．
【学习重点】
核力及结合能的理解
【知识要点】
一、核力
1．定义：组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力叫做核力．21世纪教育网
2．核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质：
(1)核力是一种强力．在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．
(2)核力是短程力，在约之内主要表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于时，核力表现为斥力，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．
二、重核与轻核
1．排在元素周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核，排在比较靠前的叫轻核．
2．重核与轻核中质子数与中子数的比例．21世纪教育网
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，越重的两者相差越多．
三、结合能
1．结合能：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量，都叫做原子核的结合能．21世纪教育网
2．平均结合能：原子核的结合能与其核子数之比，称做平均结合能．21世纪教育网
3．平均结合能与原子核的稳定性
(1)平均结合能的大小能够反映核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．
(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，中等核子数的原子核，平均合能较大，表示这些原子核较稳定．
(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．
四、质能方程
1．质量亏损：组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量之差，叫做核的质量亏损．
2．质能方程：原子核释放能量时，要产生质量亏损，物体的能量和质量之间存在着密切的联系．它们之间的关系是： （或）
这就是著名的爱因斯坦质能方程．因此在计算核能时，可以通过先计算质量亏损，再代入质能方程求出核能．
1u相当于931．5MeV，其中u为原子质量单位：1u=1．660566×10－27kg ，
lMev= l06 ev， leV＝1．6×10－19J
【典型例题】
例1、下列说法正确的是（ ）
A.是衰变方程
B.是核聚变反应方程
C.是核裂变反应方程
D.是原子核的人工转变方程
解析： A选项中在质子的轰击下发生的核反应，属于人工转变，A错；C选项是α衰变，不是裂变，C错。
例2、中子和质子结合成氘核时，质量亏损为，相应的能量　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.用能量等于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，它们的动能之和为零21世纪教育网
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，氘核不能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零
解析：只有静止氘核吸收光子能量大于其结合能时，才能分解为一个质子和一个中子，故A项正确，B项错误；根据能量守恒定律，光子能量大于氘核结合题，则多余的能量以核子动能形式呈现，故C项错，D项正确。
例3、原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氖等离子体被加热到适当高温时，氖核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量这几种反应的总效果可以表示为，由平衡条件可知（ ）
A. k=1, d=4 B. k=2, d=2 C. k=1, d=6 D. k=2, d=3
解析：由质量数守恒和电荷数守恒，分别有，，解得 k=2，d=2。正确选项为B。
例4、下面是一核反应方程，用表示光速，则（ ） [来源:21世纪教育网]
A. X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘C2
B. X是中子，核反应放出的能量等于质子质量乘C2
C. X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘C2
D. X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘C2
分析：根据在核反应中，质量数和电荷数都守恒，可知核反应方程中的X为中子，根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2知，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以C2，答案为D。
【达标训练】
1、组成原子核的核子之间有很强的___________，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称________，它是一种强相互作用力。
2、自然界中原子序数较___________的原子核，其质子数与中子数大致相等；但原子序数较___________的原子核，中子数比质子数多，越重的元素，两者的差越大。
3、核子结合在一起时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的____________，它与核子数的比值叫________________。在结合或分解过程中，反应物与生成物的质量之差叫______________。21世纪教育网
4、已知氮核的质量为14.00735u，氧核的质量为17.00454u，氦核的质量为4.00387u，质子的质量为1.00815u，则核反应N＋He →O＋H是_________（填“释能”“吸能”）反应，能量变化了______________J。
5、一个铀235衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为3.853131×10-25kg，钍核的质量为3.786567×10-25kg，α粒子的质量为6.64672×10-27kg，则在该衰变过程中释放出的能量为_______________J。如果有1kg铀发生这样的衰变，则铀全部衰变完，释放的能量为________________J。
6、下列关于核反应的说法正确的是 ( )
A．爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．由质能方程可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的
D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的的总能量不守恒
7、下列四个核反应中，X表示中子的是 ( )
A．N＋He →O＋X B．Al＋He →P＋X
C． H＋H →He＋X D．U＋X →Xe＋Sr＋10n
8、用α粒子轰击硼10后，生在了氮13，并放出X粒子；而氮13不稳定，它放出Y粒子后变成碳13，则X和Y分别是 ( )
A．质子和中子 B．质子和正电子
C．中子和电子 D．中子和正电子
9、对质能方程，下列说法正确的是 ( )
A．能量可以转化为质量 B．质量可转化为能量
C．能量的转化与质量的转化是成比例的 D．在核反应中能量与质量都不守恒
10、中子n、质子P、氘核D的质量分别为mn、mP、mD，现用光子能量为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，且能量都以动能的形式存在，则中子的动能是( )
A．( mD－mP－mn)c2－E B．( mD＋mn－mP)c2＋E
C．( mD－mP－mn)c2＋E D．( mD＋mP－mn)c2－E
11、静止的镭核Ra发生α衰变，释放出的α粒子的动能为E，设衰变过程中释放的能量全部以动能的形式释放，则衰变过程中的质量亏损为 ( )
A． B． C． D．
12、一个α粒子轰击硼（B）核变成碳14和一个未知粒子，并放出7.5×105eV的能量，写出核反应方程并求出反应过程中的质量亏损。
13、1993年，中国科学院上海原子核研究所制得一种新的铂元素的同位素铂202（Pt），制取过程如下：（1）用质子轰击铍9（Be）产生快中子；（2）用快中子轰击汞204（Hg），反应过程中可能有两种：①生成铂202，并放出α粒子；②生成铂202，并放出质子、中子。（3）生成的铂202发生两次衰变，变成稳定的原子核汞202，写出上述所有的核反应方程。
14、已知原子核Po的质量为209.98287u，原子核Pb的质量为205.97446u，α粒子的质量为4.00260，静止的核Po在衰变中放出α粒子后变成核Pb，求：
（1）衰变过程中的质量亏损；
（2）衰变过程中释放的能量；21世纪教育网
（3）衰变后的瞬间，α粒子和Pb的动能。21世纪教育网
【达标训练参考答案】
1、相互作用，核力 2、小，大 3、结合能，比结合能，质量亏损 4、吸能，2.2×10-13
5、8.7×10-13，2.3×1012 6、B 7、BCD 8、D 9、C 10、C 11、B
12、He＋B→C＋H，1.3×10-30kg 13、（1）H＋Be→B＋n （2）①n＋Hg→Pt＋He，21世纪教育网
②n＋Hg→Pt＋2H＋n （3）Pt→Au＋e，Au→Hg＋e
14、（1）5.81×10-3u （2）5.41 MeV（3）α粒子动能为5.31 MeV，Pb动能为0.1 MeV
【反思】
收获
疑问