5.1 核能来自何方-【步步高】2019版学案导学与随堂笔记物理（沪科版选修3-5）

5.1　核能来自何方 [学习目标] 1.知道核力的概念、特点.2.认识原子核的结合能，了解平均结合能.3.知道什么是质量亏损，能用爱因斯坦质能方程计算原子核的结合能． 一、核力 [导学探究]　1.有的同学认为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力平衡而使原子达到稳定状态”，这种说法正确吗？ 答案　不正确．在相同的距离上，质子之间的库仑力的大小大约比万有引力强1035倍，两者相差悬殊，不可能平衡． 2．是什么力克服质子之间的库仑斥力，使核子结合成一个稳固的原子核的？ 答案　核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力． [知识梳理]　核力及特点 1．核力：组成原子核的核子之间存在着一种特殊的力． 2．核力特点： (1)核力是一种强相互作用力，它存在于质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间． (2)核力是一种短程力，它的作用距离只有10－15 m的数量级．因此，每个核子只能对跟它邻近的少数核子(一般不超过3个)发生显著的相互作用． (3)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． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的．(　×　) (2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．(　√　) 二、结合能 [导学探究] 1．设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核．质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？ 答案　质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量；氘核分解成质子和中子时要吸收能量． 2．如图1所示是不同原子核的平均结合能随核子数变化的曲线． 图1 (1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比平均结合能有什么特点？平均结合能的大小反映了什么？ (2)平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？ 答案　(1)中等质量的原子核平均结合能较大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定． (2)释放能量． [知识梳理] 1．结合能 核子结合成原子核时释放的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量叫原子核的结合能． 2．平均结合能 核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做平均结合能，它等于核的结合能跟核子数的比值．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定． 3．核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大． 当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能． [即学即用]　判断下列说法的正误． (1)一切原子核均具有结合能．(　√　) (2)组成原子核的核子越多，它的平均结合能就越高．(　×　) (3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．(　×　) (4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量．(　×　) 三、质量亏损和核能的计算 [导学探究] 1．用α粒子轰击铍(Be)核发现中子的核反应方程 Be＋He→C＋n 甲同学说：核反应过程中核子数没变，所以质量是守恒的； 乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量如下： mBe＝9.012 19 u，mC＝12.000 u，mα＝4.002 6 u，mn＝1.008 665 u．(其中1 u＝1.660 566× 10－27 kg)，他通过计算发现反应之后的质量减少了，于是他得出结论“核反应过程中质量消失了”． 这两个同学的说法对吗？如果不对错在哪里？你对质量亏损是如何理解的？ 答案　甲同学的说法错误．核反应过程中是质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误．质量亏损并不是质量消失． 2．试计算上述核反应过程中是释放能量，还是吸收能量？能量变化了多少？ 答案　反应前的总质量 m1＝mBe＋mα＝9.012 19 u＋4.002 6 u＝13.014 79 u 反应后的总质量 m2＝mC＋mn＝12.000 0 u＋1.008 665 u＝13.008 665 u[来源:学§科§网Z§X§X§K] 所以质量亏损Δm＝m1－m2＝13.014 79 u－13.008 665 u＝0.006 125 u. 放出的能量 ΔE＝Δmc2＝0.006 125×1.660 566×10－27×(3×108)2 J＝9.15×10－13 J＝5.719 MeV. [知识梳理] 1．质能方程 爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E＝mc2. 2．质量亏损 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．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，则总能量也随之减少．这时质能方程也写作ΔE＝Δmc