人教版選修(3-5)《核力與結(jié)合能》學(xué)案1

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1、 最新人教版選修 (3-5) 《核力與結(jié)合能》學(xué)案 1 核力與結(jié)合能 【知識(shí)要點(diǎn)】 一．核力與四種基本相互作用 1. 是萬(wàn)有引力。 2. 是電磁力 ( 庫(kù)侖力是一種電磁力 ) 。在相同的距離上 , 這兩種力的強(qiáng)度差別很大。電磁力大約要比萬(wàn)有引力強(qiáng) 1035 倍。 3. 核力： 把核子緊緊地束縛在核內(nèi) , 形成穩(wěn)定的原子核。 核力特點(diǎn)： （ 1）核力是強(qiáng)相互作用 ( 強(qiáng)力 ) 的一種表現(xiàn)。 （ 2）核力是短程力 , 作用范圍在 1.5 10 -15 m 之內(nèi)。 （ 3）核力存在于核子之間

2、 , 每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用, 這種性質(zhì)稱(chēng)為核力 的飽和性。 (4) 核力具有電荷無(wú)關(guān)性。對(duì)給定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài), 核力與核子電荷無(wú)關(guān)。 4. 弱相互作用 ( 弱力 ) , 弱相互作用是引起原子核 β衰變的原因 , 即引起中子轉(zhuǎn)變質(zhì)子的原因。弱相互作用也是短程力 , 其力程比強(qiáng)力更短 , 為 10-18 m,作用強(qiáng)度則比電磁力小。 二．原子核中質(zhì)子與中子的比例 隨著原子序數(shù)的增加 , 較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 , 但對(duì)于較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù) , 越重的元素 , 兩者相差越多。 提示： 從電磁力和核力的作用范圍去考慮。三．結(jié)合能

3、 1. 原子核的結(jié)合能： 當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)要 放出 一定能量；原子核分解成核子時(shí) , 要吸收 同樣的能量。這個(gè)能量叫做原子核的結(jié)合能 . 注意： 結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而 具有 的能量 , 而是為把核子分開(kāi)而 需要 的能 量。 2. 原子核越大 , 它的結(jié)合能越高。 因此 , 有意義的是它的結(jié)合能與核子數(shù)之比 , 稱(chēng)做 比 結(jié)合能 , 也叫平均結(jié)合能 。 原子核的穩(wěn)定性： 比結(jié)合能越大 , 表示原子核中核子結(jié)合得越牢固 , 原子核越穩(wěn)定 . 四．質(zhì)量虧損 1. 愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程： E ＝ mc2 式中 , c 為真空中的光速

4、。 2. 質(zhì)量虧損： 原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和, 這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為質(zhì)量虧損 注意： 沒(méi)有違反質(zhì)量守恒定律；減小的那部分質(zhì)量 等于 γ 光子的動(dòng)質(zhì)量。 3. 核 反 應(yīng) 中 由 于 質(zhì) 量 虧 損 而 釋 放 的 能 量 ： △ E=△m c2 注意： 沒(méi)有違反能量守恒定律；減小的這部分能量 1 / 4 以γ 光子釋放出去 【典型例題】 例 1. 已知 1 個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量 mp=1.007 277u,1 個(gè)中子的質(zhì)量 mn=1.008 665u.氦核的質(zhì)量為 4.001

5、509 u. 這里 u 表示原子質(zhì)量單位 ,1 u=1.660 566 10-27 kg. 由上述數(shù)值 ,計(jì)算 2 個(gè)質(zhì)子和 2 個(gè)中子結(jié)合成氦核時(shí)釋放的能量。 答案：（ 28.3MeV ） 【鞏固練習(xí)】 1．科學(xué)研究表明 , 自然界存在四種基本相互作用 , 我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力 , 那么分子力實(shí)質(zhì)上屬于 ( B ) A．引力相互作用 B．電磁相互作用 C．強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用 D．四種基本相互作用的共同作用 2．對(duì)核子結(jié)合成原子核的下列說(shuō)法正確的是 ( CD )

6、 A．原子核內(nèi)的核子間均存在核力 B．原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫(kù)侖力 C．當(dāng) n 個(gè)核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合為原子核時(shí) , 其間“勢(shì)能”一定減小D．對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核 , 其中的中子起到增加核力、維系原子核穩(wěn)定的作用3．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說(shuō)法 , 正確的是 ( D ) A．原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等 B．穩(wěn)定的重原子核里 , 質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)多 C．原子核都是非常穩(wěn)定的 D．由于核力的作用范圍是有限的以及核力的飽和性 , 如果繼續(xù)增大原子核 , 形成的核也一定是不穩(wěn)定的 4．下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中正確的是 ( D ) A．

7、核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱(chēng)為結(jié)合能B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定 , 因此它的結(jié)合能也一定越大C．重核與中等質(zhì)量原子核相比較 , 重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大5．下列說(shuō)法中正確的是 ( B ) A．愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量 , 它們之間可以相互轉(zhuǎn)化 2 B．由 E＝ mc 可知 , 能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系 D．因在核反應(yīng)中能產(chǎn)生能量 , 有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化 , 所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒 , 系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒 6．對(duì)公式 2 ) E＝ mc 的正

8、確理解是 ( ABD A．如果物體的能量減少了 E, 它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少 m B．如果物體的質(zhì)量增加了 , 它的能量也一定相應(yīng)增加 2 m mc C． m是某原子核在衰變過(guò)程中增加的質(zhì)量 D．在把核子結(jié)合成原子核時(shí) , 若放出的能量是 , 則這些核子的質(zhì)量和與組成原子核 m E 的質(zhì)量之差就是 7．中子 n、質(zhì)子 p、氘核 D 的質(zhì)量分別為 m、 m、 m. 現(xiàn)用能量為 E 的 γ 射線照射靜止 n pD

9、 氘核使之分解 , 核反應(yīng)方程為 γ ＋ D―→ p＋ n, 若分解后的中子、質(zhì)子的動(dòng)能可視為相等 , 則 2 / 4 中子的動(dòng)能是 ( C ) 1 D－ p－ n) 2 A. [( － ] 2 m m m c E 1 p n D 2 B. 2[( m＋m－ m) c － E] 1 D p n 2 C. [( m－m－ m) c ＋

10、 E] 2 1 2 D. 2[( mp＋mn－ mD) c ＋ E] 8．原子質(zhì)量單位為 u,1 u 相當(dāng)于 931.5 MeV 的能量 , 真空中光速為 c. 當(dāng)質(zhì)量分別為 m1 kg 和 m kg 的原子核結(jié)合為質(zhì)量為 Mkg 的原子核時(shí) , 釋放出的能量是 ( C ) 2 A． ( M－ m1－ m2)u c2 J B． ( m1＋m2－ M)u 931.5 J C． ( m1＋m2－ M) c2 J

11、D． ( m1＋m2－ M) 931.5 eV 9．已知：氮核質(zhì)量 MN＝ 14.007 53 u, 氧 17 核的質(zhì)量為 MO＝17.004 54 u, 氦核質(zhì)量 MHe ＝4.003 87 u, 氫核質(zhì)量為 MH＝ 1.008 15 u. 14 4 17 1 試判斷： 7 N＋ 2He―→ 8 O＋1 H這一核反應(yīng)吸收能量還是放出能量？能量變化多少？ 參考答案 1．選 B 分子力作用范圍約在 － 10 , 10 m 數(shù)量級(jí)上 , 強(qiáng)相互作用和弱相互作用都是短程力 作用范圍在

12、 10－15 m 和 10－18 m 之內(nèi) , 在這個(gè)距離上分子力不存在．在這個(gè)范圍內(nèi)引力相互 作用和電磁相互作用都存在 , 但由于電磁力遠(yuǎn)大于萬(wàn)有引力 , 引力相互作用可以忽略不計(jì) , 因 此分子力本質(zhì)上屬于電磁相互作用．故正確答案為 B. 2．選 CD 由于核力為短程力 , 只會(huì)發(fā)生在相鄰核子之間 , 由此知 A、 B 錯(cuò)誤；當(dāng) n 個(gè)核 子靠近到核力作用范圍內(nèi) , 而距離大于 0.8 10 － 15 m, 核力表現(xiàn)為引力 , 在此過(guò)程核力必做正 功, 其間勢(shì)能必定減小 , 形成原子核后距離一

13、般不小于 － 15 正確；對(duì)質(zhì)子數(shù)較 0.8 10 m, 故 C 多的原子核 , 由于只有相鄰的質(zhì)子間才有核力 , 但各個(gè)質(zhì)子間均有很強(qiáng)的庫(kù)侖斥力 , 隨著質(zhì)子 數(shù)的增加 , 其庫(kù)侖斥力增加 , 對(duì)于穩(wěn)定的原子核 , 必須存在較多的中子才能維系二者的平衡 , 故 D 正確． 3．選 D 較輕的原子核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等 , 但在重原子核內(nèi)中子數(shù)多于質(zhì)子 數(shù),A 、 B 錯(cuò)．有些原子核是不穩(wěn)定的 , 如具有放射性的原子核 ,C 錯(cuò)．由于核力是短程力及核 力的

14、飽和性 , 原子核增大到一定程度 , 即使能形成原子核 , 原子核也是不穩(wěn)定的．綜上所述 , 只有選項(xiàng) D正確． 4．選 D 核子結(jié)合成原子核時(shí)放出能量 , 原子核拆解成核子時(shí)吸收能量 ,A 錯(cuò)；比結(jié)合 能越大的原子核越穩(wěn)定 , 但比結(jié)合能越大的原子核 , 其結(jié)合能不一定大 , 例如中等質(zhì)量原子核 的比結(jié)合能比重核大 , 但由于核子數(shù)比重核少 , 其結(jié)合能比重核小 ,B 、 C 錯(cuò)；中等質(zhì)量原子 核的比結(jié)合能比輕核的大 , 它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多 , 因此它的結(jié)合能也比輕核大

15、 ,D 正確． 5．選 B ＝ 2 說(shuō)明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系 , 即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系 , E mc 并不是說(shuō)明了能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系 ,A 錯(cuò)誤 ,B 正確．核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧 3 / 4 損”并不是質(zhì)量消失 , 實(shí)際上是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量 , 并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量 ,C 錯(cuò) 誤．在核反應(yīng)中 , 質(zhì)量守恒 , 能量也守恒 , 在核反應(yīng)前后只是能量

16、的存在方式不同 , 總能量不 變, 在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動(dòng)質(zhì)量 ,D 錯(cuò)誤．故正確答案為 B. 6．選 ABD 一定質(zhì)量對(duì)應(yīng)于一定的能量 , 物體的能量減少了 E, 它的質(zhì)量也一定相應(yīng) 減少 , 即發(fā)生質(zhì)量虧損 , 所以選項(xiàng) A、 D 正確．如果物體的質(zhì)量增加了 , 它的能量一定 m m 相應(yīng)增加 2 , 一定發(fā)生質(zhì)量虧損 , 所以選項(xiàng) C 錯(cuò) mc, 所以選項(xiàng) B 正確．某原子核在衰變時(shí) 誤．

17、 7．選 C 核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量 2 Dp n 2 , 質(zhì)子和中子的總動(dòng)能 E＝ mc＝ ( m－ m－ m) c 為 Ek ＝ E＋ E, 中子的動(dòng)能是總動(dòng)能的一半 , 故 C正確． 2 8．選 C 在核能計(jì)算時(shí) , 如果質(zhì)量單位是 kg, 則用 E＝ mc 進(jìn)行計(jì)算 , 單位是 J；若 質(zhì)量單位是 u, 則利用 E＝ m931.5 MeV 進(jìn)行計(jì)算 , 則選項(xiàng) C 正確．

18、 9．解析：反應(yīng)前總質(zhì)量： N＋ He＝ 18.011 40 u. M M 反應(yīng)后總質(zhì)量： MO＋ MH＝ 18.012 69 u. 可以看出：反應(yīng)后總質(zhì)量增加 , 故該反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng)． 吸收的能量利用 E＝ 2 1 u, 就會(huì)釋放 931.5 MeV mc 來(lái)計(jì)算 , 若反應(yīng)過(guò)程中質(zhì)量虧損 的能量 , 故： E＝ (18.012 69 － 18.011 40) 931.5 MeV ≈ 1.2 MeV 答案：吸收能量 , 能量變化 1.2 MeV 4 / 4