19.5核力和结合能-2021-2022学年高二物理精梳细讲 讲义（人教版选修3-5）

19.5核力和结合能 【基础知识梳理】 一、核力与四种基本相互作用 1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核． 2．核力特点 (1)核力是核子间的强相互作用(强力)的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多． (2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内．核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力． (3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性． (4)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． 3．四种基本相互作用 二、原子核中质子与中子的比例 1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等． 2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的元素两者相差越多． 【重点】 1．核力的性质 (1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现． (2)核力是短程力，约在10－15 m 数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失． (3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生作用． 2．原子核中质子与中子的比例关系 (1)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． (2)形成原因 ①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快，所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了． ②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多． ③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的． 三、结合能与质量亏损 1．结合能 原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能． 2．比结合能 原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定． 【重点】 结合能 把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量 比结合能 等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度 比结合 能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图1所示 图1 从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量原子核的比结合能要小 3．质能方程 物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2. 4．质量亏损 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象． 【重点】 1．质量亏损Δm的理解 所谓质量亏损，并不是质量消失，而是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．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给． 2．质能方程E＝mc2的理解 (1)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2. (2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下，公式中各量都应取国际制单位．但在微观领域，用国际制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1 u对应931.5 MeV能量． 【例题讲解】 一、单选题 1．下列说法正确的是（　　） A．α粒子散射实验说明原子核内部具有复杂的结构 B．发生α衰变时，生成核与原来的原子核相比，核内质量数减少2 C．β衰变所释放的电子是原子核最外层电子被激发所产生的 D．核力是强项互作用的一种表现，是短程力，可能表现为引力也可能表现为斥力 2．下列说法正确的是（　　） A．核反应方程为α衰变，方程中的X表示中子 B．原子核Th衰变为原子核Pb，需经过6次α衰变和4次β衰变 C．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚形成的 D．原子核氡（）衰变成α粒子和钋（），钋（）的比结合能小于氡（）的比结合能 3．某行星内部含有氦核（），在一定条件下氦核经过核反应会生成碳核（）。已知1个质子的质量为，1个中子的质量为，1个氦核（）的质量为、1个碳核（）的质量为，真空中的光速为c，下列说法正确的是（　　） A．转变为