专题5.3 核力与结合能（七大题型）-2024-2025学年高二物理举一反三系列（人教版2019选择性必修第三册）

专题5.3 核力与结合能（七大题型） 知识点1 核力与四种基本相互作用 知识点2 结合能 知识点3 质量亏损 题型一：核力的性质 题型二：自然界的四种基本相互作用 题型三：原子核中质子与中子的比例 题型四：分析原子核的结合能与比结合能 题型五：元素核子平均质量曲线 题型六：元素的比结合能曲线 题型七：计算核反应中的质量亏损 作业 巩固训练 核力与四种基本相互作用 知识点1 一、核力 1、定义 原子核内核子之间的相互作用力。 2、特点 核力是参与强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。 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，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15 m，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。 核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 二、四种基本相互作用 1、弱力(弱相互作用) 弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，属于短程力。 2、强力(强相互作用) 在原子核内，强力将核子束缚在一起，属于短程力。 3、电磁力 电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体或固体，属于长程力。 4、万有引力 万有引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。万有引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力属于长程力。 【易混易错警示】 四种基本相互作用： 题型一：核力的性质 【典例1-1】质子带正电，但质子（与中子一起）却能聚在一起构成原子核，其原因是（　　） A．质子与质子之间存在电磁力的作用 B．中子与中子之间存在万有引力的作用 C．质子与中子之间存在弱相互作用力 D．中子及质子之间存在强相互作用力 【答案】D 【详解】原子核内有一种短程力，叫核力，属于强相互作用力，这种核力使质子与中子聚合在一起构成原子核。 故选D。 【变式1-1】现代物理学认为，自然界存在着四种基本相互作用，那么引起原子核衰变的是以下哪种相互作用（　　） A．引力相互作用 B．电磁相互作用 C．强相互作用 D．弱相互作用 【答案】D 【详解】自然界的各种作用力归结起来是四种最基本的相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。弱相互作用引是起原子核衰变的原因。 故选D。 题型二：自然界的四种基本相互作用" \t "https://zujuan.xkw.com/gzwl/zj150503/_blank" 自然界的四种基本相互作用 【典例1-2】掷标枪竞赛是奥运会田径竞赛项目，某运动员在助跑后将标枪从掷出。投掷过程中，运动员对标枪的力属于（    ） A．引力相互作用 B．电磁相互作用 C．强相互作用 D．弱相互作用 【答案】B 【详解】投掷过程中，运动员对标枪的力是弹力，本质上是由电场力引起的，属于电磁相互作用，故选B。 【变式1-2】下列物体间的作用力，属于万有引力的是（　　） A．磁铁对碎铁屑的吸引力 B．太阳与地球之间的吸引力 C．异种电荷之间的吸引力 D．异名磁极之间的吸引力 【答案】B 【详解】太阳与地球之间的吸引力属于万有引力，其他属于电磁力。 故选B。 结合能 知识点2 一、结合能 1、定义 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，它等于核子结合为原子核时放出的能量。 2、比结合能 原子核的结合能与其核子数之比，称作比结合能．它反映了原子核的稳定程度。 3、比结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如下图所示。 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的原子核要小。 4、比结合能与原子核稳定的关系 比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。 核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 【易混易错警示】 原子核中质子与中子的比例关系： 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，其中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。 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。 题型三：原子核中质子与中子的比例 【典例2-1】在自然界稳定的原子核中，中子数(N)和质子数(Z)之间的关系如图所示。根据图中所提供的信息及原子核的有关知识，对于在自然界中的稳定原子核，下列说法正确的是（　　） A．较轻的原子核，质子数和中子数大致相等 B．较重的原子核，质子数大于中子数 C．越重的原子核，质子数和中子数差值越小 D．在很大的原子核中，可以有质子数和中子数相等的情况 【答案】A 【分析】较轻的原子核，核子中，质子和质子间的核力远远大于斥力，这时组成原子核的中子和质子数目相当；而较重的原子核，由于质子与质子间的核力明显减弱，而斥力相对较大，不容易结合到原子核上，这时候，不带电的中子，依靠核力，可以继续增加，所以中子数目相对较多；越重的原子核，中子越不容易结合上去，导致中子数和质子数的差值越来越大。 【详解】AB．根据题中给的中子数(N)和质子数(Z)关系图可知，较轻的原子核，质子数和中子数大致相等；而较重的原子核，中子数明显多于质子数，A正确，B错误； C．由图可知，越重的原子核，中子数和质子数差值越大，C错误； D．在很大的原子核中，由于核力明显减弱，质子和质子间的排斥作用，导致质子结合到原子核的数目越来越少，不可能出现质子数和中子数相等的情况，D错误； 故选A。 【变式2-1】下列说法中正确的是（　　） A．质子与中子的质量不等，但质量数相等 B．两个质子之间，不管距离如何。核力总是大于库仑力 C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同 D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力 【答案】A 【详解】A．质子与中子质量数相同，各自质量不等，中子质量比质子质量稍大一点，故A正确； B．粒子的核力随距离变化，并不总大于库仑力，故B错误； C．同位素之间核电核数相同，中子数不同，质量数不相同，故C错误； D．核子之间除万有引力之外，还存在核力、库仑力，故D错误。 故选A。 题型四：分析原子核的结合能与比结合能 【典例2-2】如图为原子核的比结合能曲线，横坐标为质量数，纵坐标为比结合能，由图可知（　　） A．质量数的原子核比结合能最大，因此该核发生核反应时会释放大量能量 B．铀核的比结合能小于中等质量原子核，故铀核裂变生成两个中等核的过程会释放核能 C．两个氢核聚变为氦核的过程需要吸收能量 D．比更稳定 【答案】B 【详解】A．质量数的原子核比结合能最大，意味着这些原子核的核子结合得最为紧密，要将其分开需要更多的能量，因此这些原子核最稳定，发生核反应时会吸收大量能量，故A不符合题意； B．铀核裂变生成中等核，比结合能增大，释放能量，故B符合题意； C．两个氢核聚变为氦核的过程是一个轻核聚变的过程，在这个过程中，由于比结合能的增加，会有质量亏损，因此这个过程需要释放能量，而不是吸收能量，故C不符合题意； D．比结合能越大，原子核越稳定，故D不符合题意。 故选B。 【变式2-2】铁的原子结构稳定，因此生活中通常用“关系铁”、“铁哥们儿”、“老铁”来形容关系好。铁的原子结构稳定是因为铁的（　　） A．导热性能强 B．密度大 C．结合能大 D．平均核子质量小 【答案】D 【详解】铁的原子结构稳定是因为铁的平均核子质量小，比结合能大，原子核稳定。 故选D。 题型五：元素核子平均质量曲线 【典例2-3】人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（　　） A．原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量 B．原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能 C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的射线能使某金属板逸出光电子，若增加射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大 D．原子核D比原子核F更稳定 【答案】B 【详解】A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要放出能量，故A错误； B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能，故B正确； C．根据爱因斯坦的光电效应方程，光电子的最大初动能只与入射光的频率有关，与强度无关，若增加射线强度，逸出光电子的最大初动能不变，故C错误； D．原子核D比原子核F的核子平均质量大，原子核F比原子核D更稳定，故D错误； 故选B。 【变式2-3】研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。下列对该图像的理解正确的是（　　） A．从图中可以看出，Fe原子核最稳定 B．从图中可以看出，重核A裂变成原子核B和C时，需要吸收能量 C．从图中可以看出，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，需要吸收能量 D．从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大 【答案】A 【详解】A．轻核可聚变为更稳定的核，重核可裂变为更稳定的核，则Fe原子核最稳定，A正确； B．重核A裂变成原子核B和C时，由图可知，核子平均质量减小，裂变过程存在质量亏损，需要释放能量，B错误； C．轻核D和E发生聚变生成原子核F时，由图可知，核子平均质量减小，聚变过程存在质量亏损，需要释放能量，C错误； D．由图可知重核随原子序数的增加，原子核越不稳定，故比结合能越小，D错误。 故选A。 题型六：元素的比结合能曲线 【典例2-4】原子核的比结合能曲线如图所示，其中为结合能，A为核子数。根据该曲线，下列判断中正确的是（　　） A．核比核更稳定 B．核的结合能约为5.4MeV C．两个核结合成核时释放能量 D．核中核子的结合能比核中的大 【答案】C 【详解】A．核的比结合能比更大，则核比更稳定，选项A错误； B．由图可知核的比结合能约为5.4MeV，核的比结合能小于5.4MeV，在，则结合能需要再乘以6，因此大于5.4MeV，选项B错误； C．两个核结合成核时，因核比结合能比核更大，可知释放能量，选项C正确； D．核中核子的比结合能比核中的大，但是由于核的核子数量比核大，可知核中核子的结合能比核中的小，选项D错误。 故选C。 【变式2-4】如图所示，不同原子核的比结合能是不一样的，关于图中X、Y、Z三个原子核，下列判断正确的是（　　） A．Z最稳定 B．Z的结合能最大 C．X的比结合能最大 D．Z可能裂变生成X、Y 【答案】A 【详解】AC．根据图像，Z的比结合能最大，X的比结合能最小；比结合能越大原子核越稳定，Z原子核最稳定，A正确，C错误； B．组成原子核的核子数越多，结合能越大，X的结合能最大，B错误； D．不管是在裂变还是在聚变中，比结合能都要变大；Z不可能裂变生成X、Y，D错误。 故选A。 质量亏损 知识点3 一、质量亏损 1、定义 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。 2、特点 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。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。 质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来。 3、质能方程 物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。 4、核能计算的五种类型 根据质量亏损公式ΔE＝Δmc2计算。 利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算ΔE＝Δm·931.5 MeV/u。 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。 根据能量守恒和动量守恒来计算核能：参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出释放的核能。 应用阿伏加德罗常数计算核能：若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。 ①根据物体的质量m和摩尔质量M由n＝求出物质的量，并求出原子核的个数：N＝NAn＝NA。 ②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)。 ③再根据E＝NE0求出总能量。 【易混易错警示】 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。 质能方程E＝mc2的理解：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。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单位制单位。但在微观领域，用国际单位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，1u对应931.5MeV能量。 题型七：计算核反应中的质量亏损" \t "https://zujuan.xkw.com/gzwl/zj150503/_blank" 计算核反应中的质量亏损 【典例3-1】静止的镭核发生衰变，释放出的粒子的动能为，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】镭核发生衰变的衰变方程为 令氦核的质量为，氡核的质量为，则根据动量守恒定律可得 其中 所以氡核的动能为 根据爱因斯坦质能方程，总的质量亏损为 故选B。 【变式3-1】原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示，根据该图像和对核能的认识，下列说法正确的是（　　） A．质量数越大，比结合能越大 B．质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要吸收能量 C．比结合能越大的原子核，核子平均质量越小 D．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量 【答案】C 【详解】A．根据图像可知，随质量数的增大，原子核的比结合能先增大后减小，故A错误； B．质量数较小的轻核的比结合能小于中等质量的核的比结合能，可知，质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要释放能量，故B错误； C．比结合能越大的原子核，原子核越稳定，核子的平均质量越小，故C正确； D．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，该核反应释放能量，根据质能方程可知，反应过程存在质量亏损，即衰变产物的质量之和一定小于原来重核的质量，故D错误。 故选C。 多选题 1．人体暴露于强烈的中子辐射中会在血浆中产生，可以通过测量的数量来确定患者吸收的辐射剂量。具有放射性，某次研究其放射特性的实验中，将孤立原子核置于匀强磁场中，衰变后在磁场中形成两条圆周径迹，如图所示，忽略重力和粒子间电场力作用。下列说法中正确的是（　　） A．小圆对应的粒子的运动方向为逆时针方向 B．发生了β衰变 C．小圆和大圆的轨道半径之比为 D．两条轨迹对应的粒子的质量之和等于衰变前的质量 【答案】ABC 【详解】AB．由于衰变过程中动量守恒，因此衰变后的两部分物质速度方向相反，在磁场中运动的轨迹相切于一点，由洛伦兹力充当向心力有 可得 可知，电荷越大，其运动时的轨迹半径越小，由此可知小圆对应的粒子电荷更大，且其所带电荷为正电荷，根据左手定则可知，小圆对应的粒子的运动方向为逆时针方向，而根据左手定则结合轨迹可知，大圆对应的粒子带负电，则可确定该衰变为β衰变，故AB正确； C．根据以上分析，写出其衰变方程为 产生的新核与β粒子的电荷量之比为，而根据 可知，粒子运动的轨迹半径之比等于其所带电荷量的反比，由此可知，小圆和大圆的轨道半径之比为，故C正确； D．衰变过程中始终遵循质量数守恒和电荷数守恒，但在衰变过程中有能量释放，根据爱因斯坦的质能方程可知，衰败后两条轨迹对应的粒子的质量之和小于衰变前的质量，故D错误。 故选ABC。 2．如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为8MeV，的核子平均结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（    ） A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大 B．核的平均结合能最大，最稳定 C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约16MeV的能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约112MeV的能量 【答案】BD 【详解】A．根据题图，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小，故A错误； B．核的平均结合能最大，最稳定，故B正确； CD．把分成8个质子和8个中子，需要提供的能量约为 把分成4个要提供的能量约为 提供的能量的差值为 故C错误，D正确。 故选BD。 3．如图所示，镅是一种半衰期长达年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为，在该烟雾探测器中装有大约微克的镅，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。下列说法中正确的是（　　） A．是粒子，有很强的贯穿本领 B．镅衰变过程要放出能量，故的比结合能比的小 C．微克的镅经过年剩余的质量为微克 D．是光子，不具有能量 【答案】BC 【详解】A．是粒子，有很强的电离本领，故A错误； B．比结合能越大，说明核子越稳定。镅衰变过程质量亏损，要放出能量，故比稳定，所以 的比结合能比的小，故B正确； C．根据 所以微克的镅经过年剩余的质量为微克，故C正确； D．是光子，具有能量，故D错误。 故选BC。 4．用中子轰击原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则以下说法中正确的是（　　） A．X原子核中含有86个中子 B．X原子核中核子的平均结合能比原子核中核子的平均结合能大 C．X原子核中核子的平均质量比原子核中核子的平均质量大 D．X原子核的结合能比原子核的结合能大 【答案】AB 【详解】A．由核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知X 原子核中含有质子数 92−38=54 中子数 235+1−94−2−54=86 故 A 正确； B．结合能与核子数之比称比结合能，也叫平均结合能，比结合能越大，表示原子核中单个核子分离所需的能量越多，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定；裂变的过程中释放能量，则的比结合能小于 X 原子核的比结合能，即X原子核中核子的平均结合能比原子核中核子的平均结合能大，故 B 正确； C．原子核中核子结合时平均每个核子的质量亏损能量越多，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，原子核中核子结合时平均每个核子的质量亏损越多，原子核中核子的平均质量越小；因为裂变释放能量，出现质量亏损，所以裂变后的总质量减少，平均质量减少。故 C 错误； D．裂变的过程中释放能量，则的结合能大于 X 原子核与原子核的结合能的和，故 D 错误。 故选AB。 5．有研究发现中子衰变后可转化成质子和电子，同时放出质量可视为零的反中微子。已知中子质量，质子质量，电子质量，为光速，不考虑粒子之间的相互作用及中子初动能。若质子的动量，关于中子的衰变，下列说法正确的是（    ） A．强相互作用是中子衰变成质子和电子的原因 B．中子衰变的核反应式为 C．质子和电子的动量大小相等，方向相反 D．电子和反中微子的总动能约为 【答案】BCD 【详解】A．弱相互作用是中子发生β衰变成质子和电子的原因，故A错误； B．根据质量数守恒与电荷数守恒可知中子衰变的核反应式为 故B正确； C．中子衰变过程满足动量守恒，一个静止的中子衰变前其动量为零，衰变放出反中微子的质量可视为零，放出的质子和电子的总动量为零，故放出的质子和电子两者的动量大小相等、方向相反，故C正确。 D．中子衰变过程中释放的能量为 ΔE＝(mn−me−mp)c2=（939.57-0.51-938.27）MeV=0.79MeV 一个静止的中子衰变过程中放出的质子动能为 中子衰变过程中电子和反中微子的总动能为 ΔE-Ekp=0.7468MeV 故D正确； 故选BCD。 6．2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子”存在的明确证据。这是一种只由四个中子构成的粒子，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射“氦8”（原子核）而产生的，与碰撞可将一个核分裂成一个α粒子和一个“四中子”，同时放出Z光子，如图。则下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　） A．“四中子”的四个核子间不存在电磁相互作用 B．可以通过回旋加速器加速“四中子”，使之形成高能粒子流 C．产生“四中子”的核反应为 D．α粒子和“四中子”的质量之和小于“氦8” 【答案】AD 【详解】A．“四中子”的核子由于是中子构成的，其不带电，核子间的作用力没有电磁力，故A正确； B．由于中子不带电，所以四中子也是不带电，即无法通过电磁场使形成高速粒子束，故B错误； C．由电荷数守恒和质子数守恒，其核反应方程应该为，故C错误； D．该核反应方程引发质量亏损，放出Z光子，故D正确。 故选AD。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题5.3 核力与结合能（七大题型） 知识点1 核力与四种基本相互作用 知识点2 结合能 知识点3 质量亏损 题型一：核力的性质 题型二：自然界的四种基本相互作用 题型三：原子核中质子与中子的比例 题型四：分析原子核的结合能与比结合能 题型五：元素核子平均质量曲线 题型六：元素的比结合能曲线 题型七：计算核反应中的质量亏损 作业 巩固训练 核力与四种基本相互作用 知识点1 一、核力 1、定义 原子核内核子之间的相互作用力。 2、特点 核力是参与强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。 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，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15 m，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。 核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 二、四种基本相互作用 1、弱力(弱相互作用) 弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，属于短程力。 2、强力(强相互作用) 在原子核内，强力将核子束缚在一起，属于短程力。 3、电磁力 电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体或固体，属于长程力。 4、万有引力 万有引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。万有引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力属于长程力。 【易混易错警示】 四种基本相互作用： 题型一：核力的性质 【典例1-1】质子带正电，但质子（与中子一起）却能聚在一起构成原子核，其原因是（　　） A．质子与质子之间存在电磁力的作用 B．中子与中子之间存在万有引力的作用 C．质子与中子之间存在弱相互作用力 D．中子及质子之间存在强相互作用力 【变式1-1】现代物理学认为，自然界存在着四种基本相互作用，那么引起原子核衰变的是以下哪种相互作用（　　） A．引力相互作用 B．电磁相互作用 C．强相互作用 D．弱相互作用 题型二：自然界的四种基本相互作用" \t "https://zujuan.xkw.com/gzwl/zj150503/_blank" 自然界的四种基本相互作用 【典例1-2】掷标枪竞赛是奥运会田径竞赛项目，某运动员在助跑后将标枪从掷出。投掷过程中，运动员对标枪的力属于（    ） A．引力相互作用 B．电磁相互作用 C．强相互作用 D．弱相互作用 【变式1-2】下列物体间的作用力，属于万有引力的是（　　） A．磁铁对碎铁屑的吸引力 B．太阳与地球之间的吸引力 C．异种电荷之间的吸引力 D．异名磁极之间的吸引力 结合能 知识点2 一、结合能 1、定义 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，它等于核子结合为原子核时放出的能量。 2、比结合能 原子核的结合能与其核子数之比，称作比结合能．它反映了原子核的稳定程度。 3、比结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如下图所示。 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的原子核要小。 4、比结合能与原子核稳定的关系 比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。 核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。 当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。 【易混易错警示】 原子核中质子与中子的比例关系： 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，其中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。 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。 题型三：原子核中质子与中子的比例 【典例2-1】在自然界稳定的原子核中，中子数(N)和质子数(Z)之间的关系如图所示。根据图中所提供的信息及原子核的有关知识，对于在自然界中的稳定原子核，下列说法正确的是（　　） A．较轻的原子核，质子数和中子数大致相等 B．较重的原子核，质子数大于中子数 C．越重的原子核，质子数和中子数差值越小 D．在很大的原子核中，可以有质子数和中子数相等的情况 【变式2-1】下列说法中正确的是（　　） A．质子与中子的质量不等，但质量数相等 B．两个质子之间，不管距离如何。核力总是大于库仑力 C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同 D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力 题型四：分析原子核的结合能与比结合能 【典例2-2】如图为原子核的比结合能曲线，横坐标为质量数，纵坐标为比结合能，由图可知（　　） A．质量数的原子核比结合能最大，因此该核发生核反应时会释放大量能量 B．铀核的比结合能小于中等质量原子核，故铀核裂变生成两个中等核的过程会释放核能 C．两个氢核聚变为氦核的过程需要吸收能量 D．比更稳定 【变式2-2】铁的原子结构稳定，因此生活中通常用“关系铁”、“铁哥们儿”、“老铁”来形容关系好。铁的原子结构稳定是因为铁的（　　） A．导热性能强 B．密度大 C．结合能大 D．平均核子质量小 题型五：元素核子平均质量曲线 【典例2-3】人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。下列关于原子结构和核反应的说法正确的是（　　） A．原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量 B．原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能 C．已知原子核A裂变成原子核B和C时放出的射线能使某金属板逸出光电子，若增加射线强度，则逸出光电子的最大初动能增大 D．原子核D比原子核F更稳定 【变式2-3】研究表明原子核核子的平均质量（原子核的质量除以核子数）与原子序数有如图所示的关系。一般认为大于铁原子核质量数（56）的为重核，小于则是轻核。下列对该图像的理解正确的是（　　） A．从图中可以看出，Fe原子核最稳定 B．从图中可以看出，重核A裂变成原子核B和C时，需要吸收能量 C．从图中可以看出，轻核D和E发生聚变生成原子核F时，需要吸收能量 D．从图中可以看出，重核随原子序数的增加，比结合能变大 题型六：元素的比结合能曲线" 元素的比结合能曲线 【典例2-4】原子核的比结合能曲线如图所示，其中为结合能，A为核子数。根据该曲线，下列判断中正确的是（　　） A．核比核更稳定 B．核的结合能约为5.4MeV C．两个核结合成核时释放能量 D．核中核子的结合能比核中的大 【变式2-4】如图所示，不同原子核的比结合能是不一样的，关于图中X、Y、Z三个原子核，下列判断正确的是（　　） A．Z最稳定 B．Z的结合能最大 C．X的比结合能最大 D．Z可能裂变生成X、Y 质量亏损 知识点3 一、质量亏损 1、定义 原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。 2、特点 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。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。 质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来。 3、质能方程 物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。 4、核能计算的五种类型 根据质量亏损公式ΔE＝Δmc2计算。 利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算ΔE＝Δm·931.5 MeV/u。 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。 根据能量守恒和动量守恒来计算核能：参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出释放的核能。 应用阿伏加德罗常数计算核能：若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。 ①根据物体的质量m和摩尔质量M由n＝求出物质的量，并求出原子核的个数：N＝NAn＝NA。 ②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)。 ③再根据E＝NE0求出总能量。 【易混易错警示】 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。 质能方程E＝mc2的理解：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。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单位制单位。但在微观领域，用国际单位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，1u对应931.5MeV能量。 题型七：计算核反应中的质量亏损 【典例3-1】静止的镭核发生衰变，释放出的粒子的动能为，假设衰变时能量全部以动能形式释放出来，则衰变过程中总的质量亏损是（    ） A． B． C． D． 【变式3-1】原子核的比结合能随质量数的变化图像如图所示，根据该图像和对核能的认识，下列说法正确的是（　　） A．质量数越大，比结合能越大 B．质量数较小的轻核结合成中等质量的核时要吸收能量 C．比结合能越大的原子核，核子平均质量越小 D．一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的质量之和一定大于原来重核的质量 多选题 1．人体暴露于强烈的中子辐射中会在血浆中产生，可以通过测量的数量来确定患者吸收的辐射剂量。具有放射性，某次研究其放射特性的实验中，将孤立原子核置于匀强磁场中，衰变后在磁场中形成两条圆周径迹，如图所示，忽略重力和粒子间电场力作用。下列说法中正确的是（　　） A．小圆对应的粒子的运动方向为逆时针方向 B．发生了β衰变 C．小圆和大圆的轨道半径之比为 D．两条轨迹对应的粒子的质量之和等于衰变前的质量 2．如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如的核子平均结合能约为8MeV，的核子平均结合能约为7MeV，根据该图像判断下列说法正确的是（    ） A．随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大 B．核的平均结合能最大，最稳定 C．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约16MeV的能量 D．把分成8个质子和8个中子比把分成4个要多提供约112MeV的能量 3．如图所示，镅是一种半衰期长达年的放射性金属，通过衰变释放射线而被用于烟雾探测器，其衰变方程为，在该烟雾探测器中装有大约微克的镅，其释放的射线可以使腔内空气电离，从而在探测腔内加有低压的电极间形成微小电流。一旦烟雾进入探测器，就会阻挡部分射线而使电流减小引发警报。下列说法中正确的是（　　） A．是粒子，有很强的贯穿本领 B．镅衰变过程要放出能量，故的比结合能比的小 C．微克的镅经过年剩余的质量为微克 D．是光子，不具有能量 4．用中子轰击原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为，则以下说法中正确的是（　　） A．X原子核中含有86个中子 B．X原子核中核子的平均结合能比原子核中核子的平均结合能大 C．X原子核中核子的平均质量比原子核中核子的平均质量大 D．X原子核的结合能比原子核的结合能大 5．有研究发现中子衰变后可转化成质子和电子，同时放出质量可视为零的反中微子。已知中子质量，质子质量，电子质量，为光速，不考虑粒子之间的相互作用及中子初动能。若质子的动量，关于中子的衰变，下列说法正确的是（    ） A．强相互作用是中子衰变成质子和电子的原因 B．中子衰变的核反应式为 C．质子和电子的动量大小相等，方向相反 D．电子和反中微子的总动能约为 6．2022年，由数十个国家的科学家组成的团队发现了“四中子”存在的明确证据。这是一种只由四个中子构成的粒子，用表示。“四中子”是通过向液态氢靶上发射“氦8”（原子核）而产生的，与碰撞可将一个核分裂成一个α粒子和一个“四中子”，同时放出Z光子，如图。则下列有关“四中子”粒子的说法正确的是（　　） A．“四中子”的四个核子间不存在电磁相互作用 B．可以通过回旋加速器加速“四中子”，使之形成高能粒子流 C．产生“四中子”的核反应为 D．α粒子和“四中子”的质量之和小于“氦8” / 学科网（北京）股份有限公司 $$