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1、3.3.5核力與結合能,一、核力與四種基本相互作用 1.核力：原子核內(nèi)之間的相互作用力。 2.核力的特點 (1)核力是的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多。 (2)核力是短程力，作用范圍在之內(nèi)。在大于0.81015 m小于1.51015 m的范圍內(nèi)表現(xiàn)為吸引力，在小于0.81015 m時表現(xiàn)為斥力。 (3)核力的飽和性：每個核子只跟發(fā)生核力作用。,核子,強相互作用,1.510-15 m,鄰近的核子,3.四種基本相互作用,更短,電磁力,萬有引力,思考判斷,(1)原子核中的質子是靠自身的萬有引力聚在一起的。() (2)核力是強相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。() (3)弱相
2、互作用的力程比強力更短。() 答案(1)(2)(3),二、原子核中質子與中子的比例 1.自然界中較輕的原子核，質子數(shù)與中子數(shù)大致。 2.較重的原子核，中子數(shù)質子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。,相等,大于,思考判斷,(1)在原子核的組成中，質子數(shù)等于中子數(shù)。() (2)原子核大到一定程度，原子核就不穩(wěn)定了。() (3)在宇宙演化過程中，只有穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。() 答案(1)(2)(3),三、結合能和質量虧損 1.結合能和比結合能 (1)結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開也需要______，這就是原子核的結合能。 (2)比結合能(平均結合能)：原子核的結合能與 之
3、比稱為比結合能。比結合能 ，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩(wěn)定， 的核的比結合能最大、最穩(wěn)定。,能量,核子數(shù),越大,中等大小,2.質量虧損 (1)愛因斯坦質能方程。 (2)質量虧損：原子核的質量組成它的核子的質量之和的現(xiàn)象。 (3)核子在結合成原子核時出現(xiàn)的質量虧損m，與它們在互相結合過程中放出的能量E的關系是 。 3.比結合能應用前景 (1)中等大小的核的比結合能，這些核最穩(wěn)定。 (2)使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，都將新的結合能。,E=mc2,小于,E=mc2,最大,釋放,思考判斷,(1)組成原子核的核子越多，它的結合能就越高。() (2)結合能越大，
4、核子結合得越牢固，原子越穩(wěn)定。() (3)質量虧損表明，的確存在著原子核的結合能。() 答案(1)(2)(3),根據(jù)核力的性質解釋原子核的穩(wěn)定性,(1)核力是四種相互作用中的強相互作用(強力)的一種表現(xiàn)。 (2)核力是短程力。約在1015 m數(shù)量級時起作用，距離大于0.81015 m時為引力，距離小于0.81015 m時為斥力。距離為101015 m時核力幾乎消失。 (3)核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。 (4)核力具有電荷無關性。核力與核子電荷無關。,1.核力的性質,要點歸納,2.原子核中質子與中子的比例關系,(1)較輕的原子核質子數(shù)與中子
5、數(shù)大致相等，但對于較重的原子核中子數(shù)大于質子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。 (2)形成原因 若質子與中子成對地人工構建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。 若只增加中子，因為中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質子數(shù)多。 由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。,例1
6、關于核力的說法正確的是(),A.核力同萬有引力沒有區(qū)別，都是物體間的作用 B.核力就是電磁力 C.核力是短程力，作用范圍在1.51015 m之內(nèi) D.核力與電荷有關 解析核力是短程力，超過1.51015 m。核力急劇下降幾乎消失，故選項C正確；核力與萬有引力、電磁力不同，故選項A、B錯誤；核力與電荷無關。故選項D錯誤。 答案C,精典示例,針對訓練1 關于質子和中子的說法，正確的是(),A.原子核中質子數(shù)和中子數(shù)一定相等 B.穩(wěn)定的重原子核里，質子數(shù)比中子數(shù)多 C.原子核都是非常穩(wěn)定的 D.對于較重的原子核，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
7、的 解析自然界中較輕的原子核，質子數(shù)與中子數(shù)大致相等，對于較重的原子核，中子數(shù)大于質子數(shù)，越重的元素，兩者相差越多。因此正確答案選D。 答案D,對結合能的理解,1.中等質量原子核的比結合能最大，輕核和重核的比結合能都比中等質量的原子核要小。,要點歸納,2.比結合能與原子核穩(wěn)定的關系,(1)比結合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。 (2)核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。 (3)當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時，就能釋放核能。例如，一
8、個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。,例2 下列關于結合能和比結合能的說法正確的是(),A.核子結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為結合能 B.比結合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結合能也一定越大 C.重核與中等質量原子核相比較，重核的結合能和比結合能都大 D.中等質量原子核的結合能和比結合能均比輕核的要大,精典示例,解析核子結合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，選項A錯誤；比結合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結合能越大的原子核，其結合能不一定大，例如中等質量原子核的比結合能比重核大
9、，但由于核子數(shù)比重核少，其結合能比重核小，選項B、C錯誤；中等質量原子核的比結合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結合能也比輕核大，選項D正確。 答案D,,(1)核子結合成原子核時一定釋放能量，原子核分開成核子時一定吸收能量，吸收或釋放的能量越大，表明原子核的結合能越大。 (2)比結合能越大表明原子核越穩(wěn)定。一般情況下，中等質量的原子核比輕核和重核的比結合能大。,針對訓練2 (多選)對結合能、比結合能的認識，下列正確的是(),A.一切原子核均具有結合能 B.自由核子結合為原子核時，可能吸收能量 C.結合能越大的原子核越穩(wěn)定 D.比結合能越大的原子核越穩(wěn)定 解析由自由核子結合成
10、原子核的過程中，核力做正功，釋放出能量，反之，將原子核分開變?yōu)樽杂珊俗铀枰x予相應的能量，該能量即為結合能，故選項A正確，B錯誤；對核子較多的原子核的結合能越大，但它的比結合能不一定大，比結合能的大小反映了原子核的穩(wěn)定性，故選項C錯誤，D正確。 答案AD,1.質量虧損的理解,所謂質量虧損，并不是質量消失，減少的質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給?？傊?，物體的能量和質量之間存在著密切的聯(lián)系，它們之間的關系就是Emc2。,質量虧損與核能計算,要點歸納,2.質能方程Emc2的理解,(1)質能方程說明，一
11、定的質量總是跟一定的能量相聯(lián)系的。具體地說，一定質量的物體所具有的總能量是一定的，等于光速的平方與其質量之積，這里所說的總能量，不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量，而是物體所具有的各種能量的總和。 (2)根據(jù)質能方程，物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加，則總能量隨之增加，質量減少，總能量也隨之減少，這時質能方程也寫作Emc2。,(3)質能方程的本質 質能方程揭示了質量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關系，這兩個量分別遵守質量守恒和能量守恒，質量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉化。 質量虧損不是否定了質量守恒定律。根據(jù)愛因斯坦的相對論，輻射出的光子靜質
12、量雖然為零，但它有動質量，而且這個動質量剛好等于虧損的質量，所以質量守恒、能量守恒仍成立。,例3 (多選)關于質能方程，下列說法正確的是(),A.質量減少，能量就會增加，在一定條件下質量轉化為能量 B.物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值 C.物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程僅是某種特殊條件下的數(shù)量關系 D.某一定量的質量總是與一定量的能量相聯(lián)系的 解析質能方程Emc2表明某一定量的質量與一定量的能量是相聯(lián)系的，當物體獲得一定的能量，即能量增加某一定值時，它的質量也相應增加一定值，并可根據(jù)Emc2進行計算，所以選項B、D正確。 答案BD,精典示例,,質能方程揭示了質量和能
13、量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關系，這兩個量分別遵守質量守恒和能量守恒，質量和能量在數(shù)值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可以相互轉化。,答案吸收能量1.2 MeV,解析反應前總質量：MNMHe18.011 40 u， 反應后總質量：MOMH18.012 69 u。 可以看出：反應后總質量增加，故該反應是吸收能量的反應。 吸收的能量利用Emc2來計算， 若反應過程中質量增加1 u，就會吸收931.5 MeV的能量， 故E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV。,,核能的計算方法 (1)根據(jù)質量虧損計算 根據(jù)核反應方程，計算核反應前、后的質量虧損m。 根據(jù)愛因斯坦質能方程Emc2計算核能。 其中m的單位是千克，E的單位是焦耳。 (2)利用原子質量單位u和電子伏特計算 根據(jù)1原子質量單位(u)相當于931.5 MeV的能量，用核子結合成原子核時質量虧損的原子質量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV。其中m的單位是u，E的單位是MeV。,
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