第4章 第1节 核力与核能-2020-2021学年高中物理选修3-5【导学教程】同步辅导（鲁科版）word

第1节　核力与核能 [来源:学科网] 一、核力与核的稳定性 [自学教材] 1．核力 把原子核中的核子维系在一起的力。 2．核力特点 (1)核力是一种强相互作用。 (2)核力是短程力，作用范围在2_fm(1_fm＝10－15m)左右，仅存在两相邻的核子之间。 3．核素 具有相同中子数和质子数的原子核称为核素。 4．核素图 用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图像叫作核素图。 5．核的稳定性 (1)核素的稳定区：稳定核素几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧的区域。 (2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着核电荷数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数。 [重点诠释] 正确理解原子核中质子与中子的比例 1．核子比例关系：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4－1－1所示。 图4－1－1 2．形成原因：这与核力和电磁力的不同特点有关：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。为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用。因此，随着Z的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数。 [典题强化] 1．下列关于核力的描述错误的是 A．核力是短程力，作用范围很小，只发生在相邻原子核之间 B．核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起 C．质子间、中子间、质子和中子之间都有核力 D．核力是一种强相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多 解析　核力作用的范围在10－15m区域内，是短程力，不能以一个原子核延伸到另一个原子核，A错；当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力，B正确；核力是质子、中子之间的强相互作用力，C、D正确。 答案　A 二、结合能与平均结合能 [自学教材] 1．原子核的结合能 核子结合成原子核所释放的能量。 2.平均结合能 对某种原子核，平均每个核子的结合能。重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小；轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小。 3．质量亏损[来源:学_科_网] (1)定义：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值叫作质量亏损。 (2)结合能计算公式：ΔE＝Δmc2。 (3)一个质子和一个中子结合成氘核的核反应方程：H＋n―→H＋γ。 [重点诠释] 1．对结合能的理解 (1)核反应伴随能量的变化：由于核子间存在着巨大的核力作用，所以要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，需要巨大的能量。相反的过程，当核子结合成原子核时会释放能量。 (2)结合能和平均结合能：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。 平均结合能：原子核的结合能与核子数之比。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。 2．对质量亏损和质能方程的理解 (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或ΔE＝Δmc2。 这就是著名的爱因斯坦质能方程，简称质能方程。方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系。 (2)对质量亏损和质能方程的理解：①在核反应中仍遵循质量守恒和能量守恒的规律。②核反应中的质量亏损，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。③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。 3．核能的计算 (1)根据质能方程计算，步骤如下： ①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。②根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能。计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。 (2)利用原子质量单位u和电子伏特计算：根据1原子质量单位(u)相当于931.56 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.56 MeV即ΔE＝Δm×931.56 MeV，式中Δm单位是u，ΔE的单位是MeV。 (3)利用平均结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。 [典题强化] 2．对结合能、平均结合能的认识，下列说法正确的是 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．平均结合能越大的原子核越稳定 解析　氢原子核只有一个质子