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第5节核力与结合能学习目标1．知道核力的概念、特点及四种基本相互作用．2．理解结合能和比结合能的概念．3．知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的1__________间存在着相互作用的核力，2__________把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．核子核力2．核力特点(1)核力是核子间的3_____________的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力4_____________(2)核力是5________，作用范围在6____________之内．(3)每个核子只跟7__________的核子发生核力作用，这也称为核力的8__________．(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．强相互作用大得多短程力相邻饱和性1.5×10－15m3．四种基本相互作用更短电磁力万有引力二、原子核中质子与中子的比例1．自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致12__________．2．较重的原子核，中子数13__________质子数，越重的元素，两者相差越多．相等大于三、结合能和质量亏损1．结合能和比结合能(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14________，这就是原子核的结合能．(2)比结合能(平均结合能)：原子核的结合能与15_________之比称为比结合能．比结合能16_________，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，17__________的核的比结合能最大、最稳定．能量核子数越大中等大小2．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程18__________.(2)质量亏损：原子核的质量19__________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＝20__________.E＝mc2小于Δmc23．比结合能应用前景(1)中等大小的核的比结合能21__________，这些核最稳定．(2)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，都将22__________新的结合能．最大释放|基础小题·做一做|1．正误判断(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．()(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．()(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．()××√××2．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．核力与电荷有关解析：选C核力是短程力，超过1.5×10－15m，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错；核力与电荷无关，故D错．3．(多选)铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法正确的是()A．铁核的结合能大于铀核的结合能B．铁核比铀核稳定C．铀核发生核变化变成铁核要放出能量D．铀核发生核变化变成铁核质量要亏损解析：选BCD铁核的比结合能大，则它稳定些，铀核的比结合能小，变成铁核会放出核能，出现质量亏损，B、C、D正确．4．质子之间存在库仑力，质子与中子、中子与中子之间没有库仑力，那么是不是质子之间存在核力，质子与中子、中子与中子之间没有核力？提示：不是．核力是短程力，存在于相邻的核子之间，无论是质子之间、质子与中子之间还是中子之间，都存在核力．|核心知识·记一记|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．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一对核力的理解|要点归纳|1．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0.8×10－15m时为斥力，距离为10×10－15m时核力几乎消失．(3)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．(4)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(1)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．(2)形成原因①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．②若只增加中子，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，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．|例题展示|【例1】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[解析]质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A、B错误；原子核可以发生衰变，故C错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故D正确．[答案]D[规律方法]记忆核力特点技巧(1)核子包括质子和中子，而中子不带电，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)质子间的核力比库仑力大得多，属于强相互作用力．|对点训练|1．对原子核的组成，下列说法正确的是()A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使非常多的质子组成原子核C．不存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内一定有中子解析：选D由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如11H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确．2．(多选)对于核力，以下说法正确的是()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0.8×10－15m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0.8×10－15m时核力的变化规律更清楚解析：选BC核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15m之内，核力比库仑力大得多，选项B正确，A错误；核力在大于0.8×10－15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，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，选项D错误．★要点二比结合能|要点归纳|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所示．从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，较轻的核和较重的核的比结合能都比中等大小的核要小．2．比结合能与原子核稳定性的关系(1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．(2)核子数较少的轻核与核子数较多的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等大小的原子核，比结合能最大，表示原子核较稳定．(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，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稍大一些的核，都能释放出巨大的核能．|例题展示|【例2】如图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[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，出现质量亏损，故放出核能，故A错误；同理可得B、D错误，C正确．[答案]C[规律方法]结合能的应用技巧(1)组成原子核的核子越多，结合能越高．(2)结合能与核子个数之比称做比结合能，比结合能越大原子核越稳定．(3)结合能通常只用在原子核中．|对点训练|3．(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是()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解析：选AD自由核子结合为原子核的过程中，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，故A正确，B错误；结合能越大的原子核，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，比结合能越大的原子核越稳定，故C错误，D正确．4．(多选)下列说法正确的是()A．除11H外一切原子核均具有结合能B．中等大小的核比较轻或较重的核稳定C．比结合能大小反映核的稳定程度D．比结合能越小的原子核越稳定解析：选ABC由于11H只有一个核子，故没有结合能，故A正确；比结合能的大小反映了原子核的稳定性，中等大小核的比结合能大于较重或较轻核的比结合能，所以中等大小核的稳定性最好，故B、C正确，D错误．★要点三质能方程与核能计算|要点归纳|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，它们之间的关系就是E＝mc2.2．质能方程E＝mc2(1)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．(2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．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＝Δmc2.(3)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；③质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立．3．核能的计算方法根据质量亏损计算(1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损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．(3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能．参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化．(4)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．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．4．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法(1)根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量．(2)根据动能变化判断，若不吸收光子而动能增加则放出能量．|例