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2020-01-17第1页19．5核力与结合能【知识要点】一．核力与四种基本相互作用1.是万有引力。2.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1035倍。3.核力：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。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1.5×10-15m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。(4)核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。4.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。二．原子核中质子与中子的比例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。提示：从电磁力和核力的作用范围去考虑。三．结合能1.原子核的结合能：当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能.注意：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。2.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。原子核的稳定性：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.四．质量亏损1.爱因斯坦质能方程：E＝mc2式中，c为真空中的光速。2.质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损注意：没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于γ光子的动质量。3.核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△mc2注意：没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量以γ光子释放出去【典型例题】2020-01-17第2页例1.已知1个质子的质量mp=1.007277u，1个中子的质量mn=1.008665u.氦核的质量为4.001509u.这里u表示原子质量单位，1u=1.660566×10-27kg.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。答案：（28.3MeV）【巩固练习】1．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，那么分子力实质上属于(B)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2．对核子结合成原子核的下列说法正确的是(CD)A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用3．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(D)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，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的4．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是(D)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5．下列说法中正确的是(B)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＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系C．核反应中发现的“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6．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是(ABD)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Δm7．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射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D―→p＋n，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是(C)2020-01-17第3页A.12[(mD－mp－mn)c2－E]B.12[(mp＋mn－mD)c2－E]C.12[(mD－mp－mn)c2＋E]D.12[(mp＋mn－mD)c2＋E]8．原子质量单位为u,1u相当于931.5MeV的能量，真空中光速为c.当质量分别为m1kg和m2kg的原子核结合为质量为Mkg的原子核时，释放出的能量是(C)A．(M－m1－m2)u·c2JB．(m1＋m2－M)u×931.5JC．(m1＋m2－M)c2JD．(m1＋m2－M)×931.5eV9．已知：氮核质量MN＝14.00753u，氧17核的质量为MO＝17.00454u，氦核质量MHe＝4.00387u，氢核质量为MH＝1.00815u.试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？参考答案1．选B分子力作用范围约在10－10m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10－15m和10－18m之内，在这个距离上分子力不存在．在这个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．故正确答案为B.2．选CD由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15m，核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．3．选D较轻的原子核中质子数与中子数大致相等，但在重原子核内中子数多于质子数，A、B错．有些原子核是不稳定的，如具有放射性的原子核，C错．由于核力是短程力及核力的饱和性，原子核增大到一定程度，即使能形成原子核，原子核也是不稳定的．综上所述，只有选项D正确．4．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，其结合能比重核小，B、C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正确．5．选BE＝mc2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，并不是说明了能量和质量之间存在相互转化的关系，A错误，B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，C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，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，D错误．故正确答案为B.6．选ABD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2020-01-17第4页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．7．选C核反应过程中释放的能量ΔE＝Δmc2＝(mD－mp－mn)c2，质子和中子的总动能为Ek＝ΔE＋E，中子的动能是总动能的一半，故C正确．8．选C在核能计算时，如果质量单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，单位是J；若质量单位是u，则利用ΔE＝Δm×931.5MeV进行计算，则选项C正确．9．解析：反应前总质量：MN＋MHe＝18.01140u.反应后总质量：MO＋MH＝18.01269u.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，若反应过程中质量亏损1u，就会释放931.5MeV的能量，故：ΔE＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV≈1.2MeV答案：吸收能量，能量变化1.2MeV