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5核力与结合能目前，在我国居室装修中经常用到的花岗岩、大理石等装修材料中都不同程度地含有放射性元素．比如，有些含有铀、钍的花岗岩会释放出放射性惰性气体氡，而氡发生放射性衰变时会放出导致细胞癌变及呼吸道方面的疾病的射线．因此检测装修材料的放射性是否超标就显得尤为重要，如果有以下仪器可供选择，你会选择哪一种呢？()A．威尔逊云室B．气泡室C．盖革—米勒计数器D．以上三种均可答案：C花岗岩板材的放射性都比较弱，用云室、气泡室很难测出，用计数器效果很好，所以选择C.一、核力与四种相互作用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．【答案】核子核力2．核力特点：(1)核力是核子间的____________________的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力________．(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________．(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．【答案】(1)强相互作用大得多(2)短程力1.5×10－15m(3)相邻饱和性3．四种相互作用：______________、______________、____________________、____________________.【答案】万有引力电磁力强相互作用力弱相互作用力二、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________的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时________的能量．【答案】需要放出2．比结合能：原子核的结合能与________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________，原子核越________，____________的核的比结合能最大、最稳定．【答案】核子数牢固稳定中等大小3．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．(3)亏损的质量与释放的能量间的关系______________．【答案】(1)E＝mc2(2)小于(3)ΔE＝Δmc21．核力的特点(1)核力是强相互作用(强力)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1.5×10－15m之内，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，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．对核力的理解(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．2．四种基本相互作用自然界中最基本的四种相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用．特别提醒：(1)引力相互作用和电磁相互作用是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力．(2)核力就是一种强相互作用，弱相互作用是引起β衰变的原因．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【答案】C【解析】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不对，核力与电荷无关，故D错．1．核子的比例关系自然界中较轻的原子核，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．如图所示．原子核中质子与中子的比例2．形成原因(1)这与核力的不同特点有关：原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小．较多的质子集聚在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了．这时，如果不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，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．(2)与核力饱和性有关：稳定的重原子核里，中子数要比质子数多，由于核力作用范围有限，及核力的饱和性，如果继续增大原子核，一些核子间距离会大到其间根本没有核力作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的，所以原子核大小受限制．2．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，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，越重的原子核，两者相差越多．因此正确答案选D.1．结合能和比结合能由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量．核反应中放出或吸收的能量称为核结合能．比结合能(又叫平均结合能)：原子核的结合能与核子数之比．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．对结合能的理解2．比结合能与原子核的稳定性(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)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，中等核子数的原子核，比结合能较大，表示中等原子核较稳定．(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，就可释放核能．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．3．(多选)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它需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；对核子较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．1．对质量亏损的理解(1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量．物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量．(2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的．对质量亏损和质能方程的理解2．对质能方程的理解爱因斯坦质能方程反映了质量亏损与释放能量间的数量关系ΔE＝Δmc2，或物体的质量与其总能量的数量关系E＝mc2，此方程揭示了质量和能量不可分割，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的乘积，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之和，物体质量增加则总能量增加，质量减小，总能量随之减小，二者在数值上存在着简单的正比关系．特别提醒：(1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量．核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射γ光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒．(2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的．4．(多选)关于爱因斯坦质能方程的下列说法中正确的是()A．E＝mc2中的E是物体以光速c运动的动能B．E＝mc2是物体各种形式能的总和C．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中，亏损的质量Δm转化成能量ΔE放出D．由ΔE＝Δmc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量，被放出的能量带走【答案】BD解析：由爱因斯坦质能方程E＝mc2表明物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系，选项A错误，B正确；ΔE＝Δmc2表明，在核反应中，亏损Δm质量将产生ΔE＝Δmc2的能量，选项C错误；D正确．质能方程的理解例1某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.0136u.31H的质量为3.0180u，42He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u．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m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反应后产物总质量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u．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．答案：B反思领悟：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．1．(多选)根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2有()A．物质的质量与光速的乘积大小为物质所具有的能量B．物质的质量与光速平方的乘积大小为物质所具有的能量C．根据E＝mc2求得的能量是核能D．根据E＝mc2求得的E是物质的所有形式的能量总和【答案】BD结合能和比结合能的理解例231H的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子质量是1.008665u．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)如果这些能量是以光子形式放出，则光子的频率是多少？解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是11H＋210n→31H，反应前各核子总质量为mp＋2mn＝1.007277u＋2×1.008665u＝3.024607u反应后新核的质量为mH＝3.016050u，质量亏损为Δm＝3.016050u－3.024607u＝－0.008557u因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应为放能反应．释放的核能为ΔE＝0.008557×931.5MeV＝7.97MeV.(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97MeV它的比结合能为ΔE3＝2.66MeV.(3)放出光子的频率为ν＝ΔEh＝7.97×106×1.6×10－196.63×10－34Hz＝1.92×1021Hz.答案：(1)放出能量7.97MeV(2)7.97MeV2．66MeV(3)1.92×1021Hz反思领悟：要注意结合能和比结合能不同概念，一般先求结合能，再求比结合能．求结合能时，通常可以用ΔE＝Δmc2来计算，还可以用能量守恒等方法，另外也有先知道比结合能去求解结合能的．2．(2018宜宾名校一模)关于核力和结合能，下列说法正确的是()A．强相互作用力是原子核内部的力，弱相互作用力是原子核外部的力B．强相互作用力和弱相互作用力都是短程力，其力程均在10－18米范围内C．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D．组成原子核的核子越多，它的结合能越低【答案】C解析：强相互作用力是原子核内部的力，弱相互作用力也是原子核内部的力，故A错误；强相互作用力存在于原子核内，作用范围在1.5×10－15m之内，弱相互作用力是微观粒子之间的一种作用力，作用距离约为10－18m，故B错误；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，故C正确；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，而组成原子核的核子越多，它的结合能并不是越低，故D错误．核能的计算例3(2018孝感期末)一个原来静止的锂(63Li)核俘获一个速度为7.4×104m/s的中子后，生成一个氚核和一个氦核，已知氚核的速度大小为2.0×103m/s，方向与中子的运动方向相反．(1)写核反应方程．(2)求出氦核的速度(结果保留2位有效数字)．(3)若氘核质量为2.014102u、氚核质量为3.016050u、氦核质量为4.002603u、中子质量为1.008995u