人教版選修(3-5)《核力與結(jié)合能》學(xué)案1

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1、 6 / 4 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 【知識要點】 一.核力與四種基本相互作用 1 .是萬有引力。 2 .是電磁力(庫侖力是一種電磁力)。在相同的距離上，這兩種力的強度差別很大。電磁 力大約要比萬有引力強 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： (1)核力是強相互作用(強力)的一種表現(xiàn)。 (2)核力是短程力，作用范圍在1.5X10-15 m之內(nèi)。 (3)核力存在于核子之間，每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用 ，這種性質(zhì)稱為核力 的飽和性。 (4)核力具有電荷無關(guān)性。對給定

2、的相對運動狀態(tài) ，核力與核子電荷無關(guān)。 4.弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核 3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 ，其力程比強力更短，為10-18m,作用強度則比電磁力小。 2 .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。 3 .結(jié)合能 1 .原子核的結(jié)合能： 當核子結(jié)合成原子核時要 放出一定能量；原子核分解成核子時 ， 要吸收同樣的能量。這個能量叫做原子核的結(jié)合能 . 注意：結(jié)合能并不是由于

3、核子結(jié)合成原子核而 具有的能量，而是為把核子分開而 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 .愛因斯坦質(zhì)能方程： E = mc2式中，c為真空中的光速。 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 ，這個現(xiàn)象稱為質(zhì)量虧損 比菇分抵FMeV 而 a W 中 1W 120 1J0 注意：沒有違反質(zhì)量守恒定律；減小的那部分質(zhì)量 等于丫光子的動質(zhì)量。 3 .核反應(yīng)中由于質(zhì)量虧損而釋放的能

4、量： △ E=A m c2 注意：沒有違反能量守恒定律；減小的這部分能量 以丫光子釋放出去 【典型例題】 例1.已知1個質(zhì)子的質(zhì)量 mp=1.007 277u,1個中子白^質(zhì)量 mn=1.008 665u.氨核的質(zhì)量為 4.001 509 u.這里u表示原子質(zhì)量單位,1 u=1.660 566 X 10-27 kg.由上述數(shù)值，計算2個質(zhì)子和 2 個中子結(jié)合成氦核時釋放的能量。 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 , 那么分子力實質(zhì)上屬于 ( B ) A.引力相互作

5、用 B.電磁相互作用 C.強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．對核子結(jié)合成原子核的下列說法正確的是 ( CD ) 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侖力 C.當n個核子靠近到核力作用的范圍而結(jié)合為原子核時 ，其間“勢能” 一定減小 D.對質(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PM的以及核力的

6、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)合能的說法中正確的是 ( D ) A.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．下列說法中正確的是 ( B ) A.愛因斯坦質(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 8 .由E= m(2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系 C.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變成為能量 D

7、.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 9 .對公式 AE=AmC的正確理解是(ABD ) A.如果物體的能量減少了 A E,它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少 Am 10 如果物體的質(zhì)量增加了 A m它的能量也一定相應(yīng)增加 AmC C. Am是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量 D.在把核子結(jié)合成原子核時，若放出的能量是 A E,則這些核子的質(zhì)量和與組成原子核 的質(zhì)量之差就是 A m 7 .中子n、質(zhì)子p、笊核D的質(zhì)量分別為 m、m、m.現(xiàn)用能量為E的丫射線照射靜止 笊核使之分解，核反應(yīng)方程為 丫 + D-->p+ n,若分解后的中子

8、、質(zhì)子的動能可視為相等 ，則 中子的動能是(C ) A. B. C. 1 2K 1 2K 1 2K 1 mD>- mp- m) c2— E] mp+mn- m) c2— E] mD>- mp- m) c2+ E] d.2K mp+mn- m) c2+ E] 8 .原子質(zhì)量單位為 u,1 u相當于931.5 MeV的能量，真空中光速為c.當質(zhì)量分別為 m kg和m2 kg的原子核結(jié)合為質(zhì)量為 Mkg的原子核時，釋放出的能量是(C ) A. ( M- m— m)u ? c2 J B. (m+m—Mu x 931.5 J C. (m+m—M)c2 J D

9、. (m+m—M x 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,氯核質(zhì)量 MHe = 4.003 87 u, 氫核質(zhì)量為 MH= 1.008 15 u. 試判斷：174N+ 4He-->VO^ 1H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 10Tom數(shù)量級上，強相互作用和弱相互作用都是短程力 作用范圍在10 15 m和10 18 m之內(nèi)，在這個距離上分子力不存在.在這個范圍內(nèi)引力相互 作用和電磁相互作用都存在 ，但由于電磁力遠大于萬有引力 ，引力相互作用可以忽略不

10、計 ，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，只會發(fā)生在相鄰核子之間，由此知A、B錯誤；當n個核 子靠近到核力作用范圍內(nèi)，而距離大于0.8 x 10 15 m,核力表現(xiàn)為引力，在此過程核力必做正 15 功，其間勢能必定減小，形成原子核后距離一般不小于 0.8 x 10 m,故C正確；對質(zhì)子數(shù)較 多的原子核，由于只有相鄰的質(zhì)子間才有核力，但各個質(zhì)子間均有很強的庫侖斥力，隨著質(zhì)子 數(shù)的增加，其庫侖斥力增加，對于穩(wěn)定白原子核，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

11、內(nèi)中子數(shù)多于質(zhì)子 數(shù),A、B錯.有些原子核是不穩(wěn)定的，如具有放射性的原子核，C錯.由于核力是短程力及核 力的飽和性，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D正確. 4 .選D核子結(jié)合成原子核時放出能量 ，原子核拆解成核子時吸收能量 ,A錯；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；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 ,D 正確. 5 .選B E= mc說明能量和質(zhì)

12、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 ， 并不是說明了能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系 ,A錯誤,B正確.核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧 損”并不是質(zhì)量消失 , 實際上是由靜止的質(zhì)量變成運動的質(zhì)量 , 并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量 ,C 錯 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)量變成動質(zhì)量 ,D 錯誤．故正確答案為 B. 6 .選ABD 一定質(zhì)量對應(yīng)于一定的能量 ，物體的能量減少了 A E,它的質(zhì)量也一定相應(yīng) 減少Am即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項A D正確.如果物體的質(zhì)量增加了 Am它的能量一定

13、 相應(yīng)增加 AmC,所以選項B正確.某原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項 C錯 誤． 7 .選C核反應(yīng)過程中釋放的能量 A E= A mc = (m)— np- mn) c2,質(zhì)子和中子的總動能 為E= A E+ E,中子的動能是總動能的一半 ,故C正確. 8 .選C在核能at算時，如果質(zhì)量單位是 kg,則用AE=Am(2進行at算，單位是J;若 質(zhì)量單位是u,則利用AE= Amx 931.5 MeV進行at算,則選項C正確. 9 .解析：反應(yīng)前總質(zhì)量： MN+MHe= 18.011 40 u. 反應(yīng)后總質(zhì)量：MO+ M= 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 A E= A mC來計算，若反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損 1 u,就會釋放931.5 MeV 的能量 , 故： A E= (18.012 69 — 18.011 40) X 931.5 MeV ?1.2 MeV 答案：吸收能量 , 能量變化 1.2 MeV