3. 核力与结合能（同步讲义）物理人教版选择性必修第三册

3. 核力与结合能 【知识梳理】 1 一、 核力与四种相互作用 1 二、 结合能 1 三、 质量亏损 1 【重难探究】 1 探究1 　　探究核力与四种基本相互作用 2 探究2 探究结合能与质量亏损 4 【课堂自测·基础练】 8 【素养进阶·提升练】 16 【知识梳理】 知识点1 核力与四种相互作用 1．四种相互作用力 2．核力特点 (1)强相互作用 (2)短程力 知识点2 结合能 1．结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。 2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，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。 知识点3 质量亏损 1．质能方程：E＝mc2。 2．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm。由质量亏损释放的核能ΔE＝Δmc2。 【重难探究】 探究1 　探究核力与四种基本相互作用 【探究导入】 如图所示是原子核示图 问题 (1)在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？是万有引力吗？ 提示：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间，原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的，应存在第三种力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。能够把核中各种核子紧紧束缚在一起的力，这就是核力 （2）原子核中任意两个核子之间都存在核力吗？ 提示：不是．核力是短程力，只有相邻的两个核子之间才存在核力 （3）核力是强相互作用力还是弱相互作用力？ 提示：核力是强相互作用（强力）的一种表现。 【探究归纳】 1．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)引力相互作用，引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”．是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．万有引力是长程力． (2)电磁相互作用：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，使分子结合成液体和固体． (3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力． (4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小． 2．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，距离为10×10－15 m时核力几乎消失． (3)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． (4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关 【典例赏析】 [例1]　单选）关于核力，下列说法正确的是(    ) A. 核力的作用范围只有约 B. 核力本质上属于电磁相互作用 C. 中子和中子之间不会有核力作用 D. 核力减小是发生衰变的原因 【答案】A  【解析】A.核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约  ，选项A正确； B.核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，选项B错误； C.核力存在于核子之间，质子与质子、质子与中子、中子与中子之间均存在核力，选项C错误； D.弱相互作用才是引起衰变的原因，选项D错误。 故选A。 　【针对训练】 1． 下列关于核力的说法正确的是(    ) A. 核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用力 B. 核力就是电磁力 C. 核力是短程力 D. 核力与电荷有关 【答案】C  【解析】核力是短程力，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错；核力与电荷无关，故D错。 2．碳的原子核是由个质子和个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是(    ) A. 万有引力、核力、库仑力 B. 万有引力、库仑力、核力 C. 核力、库仑力、万有引力 D. 核力、万有引力、库仑力 【答案】B  【解析】核力是强相互作用力，它能将核子束缚在原子核内，万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略，库仑力介于二者之间，故选B。 探究2 探究结合能和质量亏损 【探究导入】 情境探究 如图所示，由于核了间存在着强大的核力，所以原子核紧密挤在一起。 问题 （1）要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收能量吗？理由是什么？ 提示：一定需要吸收巨大的能量。因为将原子核拆散成单个核子，要克服核力做功，根据功能关系，必要吸收能量 （2）有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？ 提示：不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化． （3）核反应过程发生了质量亏损，同时释放出核能，能说这部分质量转变为能量了吗？ 提示：不能．物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量。 【探究归纳】1．比结合能与原子核稳定的关系 (1)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． (2)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. (3)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． 2．对质能方程和质量亏损的理解 (1)质能方程 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，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2. 3．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 ①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm. ②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能． 其中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931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV. 【例2】 原子核的比结合能曲线如图所示，由图中信息可知(    ) A. 核比核更稳定 B. 两个核聚变成核会放出能量 C. 核裂变成核和核要吸收能量 D. 核的结合能比核的结合能大 【答案】B  【解析】A.题图可知  的比结合能比  的小，故  核比  核更稳定，故A错误； B.题图可知  核比  核的比结合能大，则两个  核聚变成  核，反应后比结合能增大，则两个  核聚变成  核会放出能量，故B正确； C.题图可知  核比  核和  核的比结合能小，即  核和  核比  核更稳定，反应后比结合能增大，则  核裂变成  核和  核要释放能量，故C错误； D.由于  核比  核的质量数大，故  核的结合能比  核的结合能大，故D错误。 故选B。 【针对训练】 3世纪中叶以来，科学家一直在尝试合成超重元素。俄罗斯尤里奥涅加相团队用作为“炮弹”，轰击靶核，得到超重元素鈇，已知鈇核的半衰期为，则(    ) A. 该核反应方程为 B. 的质子数比的多个 C. 的比结合能比的大 D. 经过，鈇核衰变了 【答案】C  【解析】A. 根据电荷数守恒和质量数守恒可得该核反应方程为，故A错误； B. 的质子数为，的质子数为，则的质子数比的多个，故B错误； C.是中等质量核，比结合能大，是超重核，比结合能小，故C正确； D. 根据半衰期公式可知，经过，鈇核还剩没有衰变，故D错误 4.．被国际原子能机构称为新兴核素”，可以用于成像和放射性治疗，有望用于基于放射性核素的诊疗一体化研究。已知的比结合能为，核反应方程中为新生成粒子，为释放的核能。下列说法正确的是(    ) A. 是粒子 B. 的结合能为 C. 的比结合能为 D. 的结合能比的结合能小 【答案】C  【解析】A.根据核反应满足质量数守恒和电荷数守恒，可知  的质量数为，电荷数为  ，则  是电子，故A错误； B.核反应释放核能为结合能之差，电子无结合能，有，则的结合能为，故B错误； C.共有个核子，设比结合能为  ，有，则的比结合能为，故C正确； D.核反应为放能反应，则生成物的结合能大于反应物的结合能，即 的结合能比 的结合能大，故D错误。 故选C。 5.在经济建设中会用到碳测定地层形成年代的方法．碳具有放射性，其衰变方程为：，其中的质量为，的质量为，的质量为，的结合能为，的结合能为，光在真空中的传播速度为则 A. 是由核内中子转化而来的 B. 是由核内质子转化而来的 C. 单个衰变释放的核能为 D. 单个衰变释放的核能为 【答案】A  【解析】根据质量数和电荷数守恒可知，为电子，该衰变为衰变，是由核内一个中子转化为一个质子和电子得到的，故A正确，B错误； 单个衰变释放的核能为，由于电子也具有能量，故释放的核能不等于，故CD错误。 【课堂自测·基础练】 1.一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。下列说法正确的是(    ) A. 射线的穿透能力比射线强       B. 高温下的半衰期变短 C. 铀核的质量大于粒子与钍核的质量之和 D. 比的比结合能大 【答案】C  【解析】A.射线的穿透能力比射线弱，故A错误； B.半衰期由原子核内部结构决定，与环境温度无关，所以高温下  的半衰期不变，故B错误； C.依题意，铀核衰变时释放能量，质量亏损，所以铀核的质量大于粒子与钍核的质量之和，故C正确； D.  是反应物，其比结合能小于生成物  的比结合能，故D错误。 故选C。 2.如图，将半衰期为的放射性元素的原子核放入开有小孔的铅制容器中，并在空间施加垂直纸面向里的匀强磁场，发现射线分成三束。己知原子核衰变后成为原子核，则下列说法正确的是(    ) A. 射线可以穿透几毫米厚的铝板 B. 射线的电离作用比射线的电离作用强 C. 原子核的比结合能小于原子核的比结合能 D. 经过一段时间后，原子核衰变了 【答案】C  【解析】根据射线在磁场中的偏转情况可知，射线带正电为射线，射线不带电为射线，射线带负电为射线，射线不可以穿透几毫米厚的铝板，射线的电离作用比射线的电离作用强，故 AB错误 C.在原子核衰变中，反应物的比结合能小于生成物的比结合能，所以原子核的比结合能小于原子核的比结合能，故 C正确 D.根据半衰期的定义，经过一段时间后，原子核剩余未发生衰变，故 D错误。 故选C。 3．年月日，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器发现了钚元素的一个新同位素，测量发现该新核素的衰变方程为，衰变释放能量约为，半衰期约为。下列说法正确的是 A. 新核素发生的是衰变 B. 的中子数比质子数多 C. 升高温度或增大压强会缩短的半衰期 D. 的比结合能比的比结合能小 【答案】D  【解析】新核素  衰变产生  ，发生  衰变，A错误； 根据质量数和电荷数守恒可知，  中的质量数  ，电荷数  ，则的中子数为  ，  的中子数比质子数多  ，B错误； 半衰期只与原子核本身有关，升高温度或增大压强不会改变  的半衰期，C错误；   的比结合能比  的比结合能小，D正确。 4. 年月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为天，已知，，，则下列说法正确的是(    ) A. 衰变产生的射线来自于原子的核外电子 B. 该反应前后质量亏损 C. 放射性元素发生的衰变为衰变 D. 经过天，的原子核发生了衰变 【答案】D  【解析】解：．衰变时，原子核内中子转化为质子和电子，大量电子从原子核释放出来形成射线，故A错误； B.该反应前后质量亏损为，故B错误； C.放射性元素发生的衰变为衰变，故C错误； D.由于半衰期为天，可知经过天，即经过两个半衰期，设原子核原来的质量为，则剩余，则有的原子核发生了衰变，故D正确。 故选：。 5.年月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，已知的质量分别为，真空中的光速为，该反应中释放的能量为。下列说法正确的是(    ) A. 为氘核 B. 为氚核 C. D. 【答案】D  【解析】核反应方程中原子核的电荷数和质量数均守恒，据此可知，的电荷数为，质量数为，故AB错误； 由质能方程可知该反应中由于质量亏损释放的能量为：，故C错误，D正确。 6.根据放射性强度减小的情况可以推算植物死亡的时间，其衰变方程为。在大气中的含量相当稳定，活的植物与环境交换碳元素，其体内的比例与大气中的相同，枯死的植物仍在衰变，但已不能得到补充。已知的半衰期为，则(    ) A. 衰变时释放的粒子是 B. 比的比结合能小 C. 随着全球变暖，的半衰期变短 D. 若枯死植物含量为大气中含量的，则死亡时间为 【答案】D  【解析】A、根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒可知，衰变时释放的粒子是，故A错误； B、衰变后，原子核更稳定，故其比结合能变大，即比的比结合能大，B错误； C、的半衰期与外界环境温度无关，故C错误； D、若枯死植物含量为大气中含量的，故从植物死亡到今，共经历了个半衰期，则死亡时间为，故D正确。 故选D。 7.一个铀核发生衰变时生成一个钍核，已知的半衰期为年，铀核、钍核和粒子的质量分别为、和，光速为，下列说法正确的是(    ) A. 个经过年后还剩个 B. 该反应的核反应方程为 C. 该反应中，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D. 一个发生衰变释放的能量为 【答案】BD  【解析】、半衰期是统计规律，对大量原子核适用，对于个不适用， A错误； 、根据衰变的规律，质量数守恒和电荷数守恒，铀核发生衰变生成钍核和粒子，核反应方程为， B正确； 、衰变后，反应后原子核更稳定，比结合能更大，所以铀核的比结合能小于钍核的比结合能， C错误； D、根据爱因斯坦质能方程，一个发生衰变，质量亏损为，释放的能量为，D正确。 8.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，的核子平均结合能约为，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. 把分成个质子和个中子比把分成个要多提供约的能量 D. 把分成个质子和个中子比把分成个要多提供约的能量 【答案】BD  【解析】根据图像，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；根据图像，  核的平均结合能最大，最稳定，故B正确；把  分成个质子和个中子，需要提供的能量约为，把  分成个  要提供约为，多提供的能量为，故C错误，D正确。 故选BD。 9.年月日，苏州大学研究团队在自然杂志上发布了辐光伏微型核电池的研究成果。该电池主要是利用镅发生衰变释放能量，镅衰变的核反应方程是，下列说法正确的是(    ) A. 的电荷数为 B. 的质量数为 C. 射线的穿透能力强于射线 D. 镅的比结合能小于的比结合能 【答案】AD  【解析】根据核反应的质量数和电荷数守恒可知，的电荷数为，质量数为，选项A正确、B错误； C.  射线的穿透能力弱于  射线的穿透能力，选项C错误； D.核反应放出核能，生成物更加稳定，则生成物  的比结合能大于反应物镅的比结合能，选项D正确。 故选AD。 10.甲状腺病痛患者手术切除甲状腺后，可以通过口服含有碘的药物进一步进行放射性治疗，碘发生衰变的过程可以用方程来表示，、和的质量分别为 、和，不考虑患者对放射性药物代谢的影响，下列说法正确的是(    ) A. 碘的衰变为衰变 B. 比更稳定 C. 一个衰变为释放的核能为 D. 碘的半衰期约为天，患者服药后经过天碘全部衰变 【答案】AC  【解析】根据质量数和电荷数守恒可知反应方程为  ，可知其为  衰变，且天然发生，产物  比  更稳定，故A正确，B错误； C.释放的核能为  ，故C正确； D.患者服药后经过两个半衰期，碘应还剩原来的  ，故D错误。 故选AC。 11.铀核发生衰变时生成钍核，已知的半衰期为年，铀核、钍核和粒子的质量分别为、和，光速为，下列说法正确的是(    ) A. 个经过年后还剩个 B. 该核反应方程为 C. 该反应中，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D. 一个铀核发生衰变释放的能量为 【答案】BD  【解析】A.半衰期是统计学规律，只适用大量粒子的情况，故A错误； B.该核反应方程为  ，故B正确； 该核反应方程释放能量，发生了质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，一个铀核  发生  衰变释放的能量为  该反应中，钍核的比结合能大于铀核的比结合能，故C错误，D正确。 故选BD。 12.伽马刀是一种特殊的治疗手段，主要是利用伽马射线对病变组织进行大剂量聚集照射，使其产生局灶性的坏死或者是功能改变，因此达到理想的治疗目的。其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和粒子，释放出射线。已知硼核的比结合能为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，真空中光速为，下列判断正确的是(    ) A. 硼核变成锂核和粒子的核反应是衰变 B. 射线带正电，有较强的电离作用 C. 硼核的比结合能小于锂核的比结合能 D. 该核反应释放的核能为 【答案】CD  【解析】A.根据质量数守恒和电荷数守恒，可知核反应方程为，可知该核反应不是  衰变，A错误； B.  射线为频率极高的电磁波，不带电，有较强的穿透作用，但电离作用弱，B错误； C.比结合能越大原子核越稳定，锂核  比硼核  稳定，则硼核  的比结合能  小于锂核  的比结合能  ，故C正确； D.核反应过程中释放的核能为，故D正确。 故选CD。 13．现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（　　） A．该核反应属于裂变反应 B．此过程的核反应方程为 C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比 D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV 【答案】D 【解析】该核反应属于衰变，故A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒，知该过程核反应方程为 故B错误；设衰变后，铀核速度为，粒子的速度为，根据动量守恒有 由 可得 故C错误；由能量守恒定律知，铀核与粒子的总动能 结合 有 解得 故D正确。故选D。 14．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C核，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg.则下列说法正确的是(1 u相当于931 MeV)(　　) A．反应过程中的质量亏损是0.078 u B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J 答案：BC 解析：由题意可得核反应方程为3He→C.则核反应中的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8 u≈1.29×10－29 kg，由质能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12 J．因为质量亏损1 u相当于931 MeV，所以ΔE＝0.007 8×931 MeV＝7.26 MeV.故B、C正确． 【素养进阶·提升练】 1.（多选）已知、、的静止质量分别是226.0254u、222.0175u、4.0026u，u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV。当发生α衰变时，下列说法正确的是（　　） A．的质量等于组成它的核子的质量之和 B．发生一次衰变释放的核能为4.93695MeV C．因的比结合能比小，所以比更稳定 D．一个静止的发生一次衰变，产生的和的速度之比约为111：2 答案：BC 解析：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，因为核子组合成原子核时强力做正功释放能量，故A错误；发生α衰变释放出核能，一次衰变释放的核能E=(226.0254－222.0175－4.0026)×931.5MeV＝4.93695MeV故B正确；原子核的比结合能越大，说明把它分成单个的核子需要赋予更多的能量，因此原子核更稳定，的比结合能比小，所以更稳定，故C正确；由衰变时动量守恒可知，和的速度之比为两者质量的反比，质量之比约为质量数之比，故和的速度之比约为2∶111，故D错误。故选BC。 2.(多选)一静止的氡核(Rn)发生了如下的核反应Rn→Po＋He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(He)和一个质量为M的反冲核钋(Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是(　　) A.该反应中氡核Rn发生的是α衰变 B.反应后产生的新核钋Po的比结合能小于反应前氡核Rn的比结合能 C.氡的同位素Rn和反应物氡Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同 D.该反应产生的质量亏损Δm＝ 答案　AD 解析　由核反应方程Rn→Po＋He可知，该反应中氡核Rn发生的是α衰变，故A正确；由于氡核衰变的过程中释放能量，根据比结合能与能量的关系可知，钋核的比结合能大于氡核的比结合能，故B错误；核子数等于质子数加中子数，则氡的同位素Rn和反应物氡Rn相比少了两个中子，由于是同种元素，所以它们的化学性质相同，故C错误；由题意可知，释放的核能全部转化为氦核和钋核的动能，由动量守恒可知，氦核和钋核的动量相同，根据Ek＝，则释放的核能ΔE＝＋＝，由爱因斯坦质能方程可得Δm＝＝，故D正确. 3．如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素作为放射源，发生衰变时放出射线和射线，半衰期为74天，适合透照厚度在之间的钢板，下列说法正确的是（　　） A．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加 B．192 g放射性同位素经过148天全部完成衰变 C．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为 D．的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大 【答案】C 【解析】探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度减小，A错误；192 g放射性同位素经过，148天（2个半衰期），剩余的质量为原来的，B错误；衰变的实质是核里的一个中子放出一个电子变为一个质子，反应过程中遵循质量数守恒和核电荷数守恒，衰变方程为，C正确；核反应方程式中生成物比反应物稳定，与之对应的是衰变后的产物X的比结合能比写的比结合能大，D错误。 故选C。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 3. 核力与结合能 【知识梳理】 1 一、 核力与四种相互作用 1 二、 结合能 1 三、 质量亏损 1 【重难探究】 1 探究1 　　探究核力与四种基本相互作用 2 探究2 探究结合能与质量亏损 4 【课堂自测·基础练】 8 【素养进阶·提升练】 16 【知识梳理】 知识点1 核力与四种相互作用 1．四种相互作用力 2．核力特点 (1)强相互作用 (2)短程力 知识点2 结合能 1．结合能：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫作原子核的结合能，亦称核能。 2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，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。 知识点3 质量亏损 1．质能方程：E＝mc2。 2．核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm。由质量亏损释放的核能ΔE＝Δmc2。 【重难探究】 探究1 　探究核力与四种基本相互作用 【探究导入】 如图所示是原子核示图 问题 (1)在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？是万有引力吗？ 提示：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间，原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的，应存在第三种力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。能够把核中各种核子紧紧束缚在一起的力，这就是核力 （2）原子核中任意两个核子之间都存在核力吗？ 提示：不是．核力是短程力，只有相邻的两个核子之间才存在核力 （3）核力是强相互作用力还是弱相互作用力？ 提示：核力是强相互作用（强力）的一种表现。 【探究归纳】 1．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)引力相互作用，引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”．是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．万有引力是长程力． (2)电磁相互作用：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，使分子结合成液体和固体． (3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力． (4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子－质子转变的原因．弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小． 2．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，距离为10×10－15 m时核力几乎消失． (3)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． (4)核力具有电荷无关性．核力与核子电荷无关 【典例赏析】 [例1]　单选）关于核力，下列说法正确的是(    ) A. 核力的作用范围只有约 B. 核力本质上属于电磁相互作用 C. 中子和中子之间不会有核力作用 D. 核力减小是发生衰变的原因 　【针对训练】 1． 下列关于核力的说法正确的是(    ) A. 核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用力 B. 核力就是电磁力 C. 核力是短程力 D. 核力与电荷有关 2．碳的原子核是由个质子和个中子构成的，各质子之间存在着三种相互作用力，万有引力、库仑力和核力。这三种相互作用力的大小由弱到强的顺序是(    ) A. 万有引力、核力、库仑力 B. 万有引力、库仑力、核力 C. 核力、库仑力、万有引力 D. 核力、万有引力、库仑力 探究2 探究结合能和质量亏损 【探究导入】 情境探究 如图所示，由于核了间存在着强大的核力，所以原子核紧密挤在一起。 问题 （1）要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收能量吗？理由是什么？ 提示：一定需要吸收巨大的能量。因为将原子核拆散成单个核子，要克服核力做功，根据功能关系，必要吸收能量 （2）有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？ 提示：不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化． （3）核反应过程发生了质量亏损，同时释放出核能，能说这部分质量转变为能量了吗？ 提示：不能．物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量。 【探究归纳】1．比结合能与原子核稳定的关系 (1)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． (2)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. (3)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． 2．对质能方程和质量亏损的理解 (1)质能方程 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，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2. 3．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 ①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm. ②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能． 其中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931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV. 【例2】 原子核的比结合能曲线如图所示，由图中信息可知(    ) A. 核比核更稳定 B. 两个核聚变成核会放出能量 C. 核裂变成核和核要吸收能量 D. 核的结合能比核的结合能大 【针对训练】 3世纪中叶以来，科学家一直在尝试合成超重元素。俄罗斯尤里奥涅加相团队用作为“炮弹”，轰击靶核，得到超重元素鈇，已知鈇核的半衰期为，则(    ) A. 该核反应方程为 B. 的质子数比的多个 C. 的比结合能比的大 D. 经过，鈇核衰变了 4.．被国际原子能机构称为新兴核素”，可以用于成像和放射性治疗，有望用于基于放射性核素的诊疗一体化研究。已知的比结合能为，核反应方程中为新生成粒子，为释放的核能。下列说法正确的是(    ) A. 是粒子 B. 的结合能为 C. 的比结合能为 D. 的结合能比的结合能小 5.在经济建设中会用到碳测定地层形成年代的方法．碳具有放射性，其衰变方程为：，其中的质量为，的质量为，的质量为，的结合能为，的结合能为，光在真空中的传播速度为则 A. 是由核内中子转化而来的 B. 是由核内质子转化而来的 C. 单个衰变释放的核能为 D. 单个衰变释放的核能为 【课堂自测·基础练】 1.一静止的铀核放出一个粒子衰变成钍核，衰变方程为。下列说法正确的是(    ) A. 射线的穿透能力比射线强       B. 高温下的半衰期变短 C. 铀核的质量大于粒子与钍核的质量之和 D. 比的比结合能大 2.如图，将半衰期为的放射性元素的原子核放入开有小孔的铅制容器中，并在空间施加垂直纸面向里的匀强磁场，发现射线分成三束。己知原子核衰变后成为原子核，则下列说法正确的是(    ) A. 射线可以穿透几毫米厚的铝板 B. 射线的电离作用比射线的电离作用强 C. 原子核的比结合能小于原子核的比结合能 D. 经过一段时间后，原子核衰变了 3．年月日，中国科学院近代物理研究所依托兰州重离子加速器发现了钚元素的一个新同位素，测量发现该新核素的衰变方程为，衰变释放能量约为，半衰期约为。下列说法正确的是 A. 新核素发生的是衰变 B. 的中子数比质子数多 C. 升高温度或增大压强会缩短的半衰期 D. 的比结合能比的比结合能小。 4. 年月，日本发生的大地震造成了福岛核电站核泄漏。在泄露的污染物中含有大量放射性元素，其衰变方程为，半衰期为天，已知，，，则下列说法正确的是(    ) A. 衰变产生的射线来自于原子的核外电子 B. 该反应前后质量亏损 C. 放射性元素发生的衰变为衰变 D. 经过天，的原子核发生了衰变 5.年月，中国锦屏深地实验室发表了首个核天体物理研究实验成果。表明我国核天体物理研究已经跻身国际先进行列。实验中所用核反应方程为，已知的质量分别为，真空中的光速为，该反应中释放的能量为。下列说法正确的是(    ) A. 为氘核 B. 为氚核 C. D. 。 6.根据放射性强度减小的情况可以推算植物死亡的时间，其衰变方程为。在大气中的含量相当稳定，活的植物与环境交换碳元素，其体内的比例与大气中的相同，枯死的植物仍在衰变，但已不能得到补充。已知的半衰期为，则(    ) A. 衰变时释放的粒子是 B. 比的比结合能小 C. 随着全球变暖，的半衰期变短 D. 若枯死植物含量为大气中含量的，则死亡时间为 7.一个铀核发生衰变时生成一个钍核，已知的半衰期为年，铀核、钍核和粒子的质量分别为、和，光速为，下列说法正确的是(    ) A. 个经过年后还剩个 B. 该反应的核反应方程为 C. 该反应中，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D. 一个发生衰变释放的能量为 8.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，的核子平均结合能约为，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. 把分成个质子和个中子比把分成个要多提供约的能量 D. 把分成个质子和个中子比把分成个要多提供约的能量 9.年月日，苏州大学研究团队在自然杂志上发布了辐光伏微型核电池的研究成果。该电池主要是利用镅发生衰变释放能量，镅衰变的核反应方程是，下列说法正确的是(    ) A. 的电荷数为 B. 的质量数为 C. 射线的穿透能力强于射线 D. 镅的比结合能小于的比结合能 10.甲状腺病痛患者手术切除甲状腺后，可以通过口服含有碘的药物进一步进行放射性治疗，碘发生衰变的过程可以用方程来表示，、和的质量分别为 、和，不考虑患者对放射性药物代谢的影响，下列说法正确的是(    ) A. 碘的衰变为衰变 B. 比更稳定 C. 一个衰变为释放的核能为 D. 碘的半衰期约为天，患者服药后经过天碘全部衰变 11.铀核发生衰变时生成钍核，已知的半衰期为年，铀核、钍核和粒子的质量分别为、和，光速为，下列说法正确的是(    ) A. 个经过年后还剩个 B. 该核反应方程为 C. 该反应中，铀核的比结合能大于钍核的比结合能 D. 一个铀核发生衰变释放的能量为 12.伽马刀是一种特殊的治疗手段，主要是利用伽马射线对病变组织进行大剂量聚集照射，使其产生局灶性的坏死或者是功能改变，因此达到理想的治疗目的。其原理是进入癌细胞内的硼核吸收慢中子，转变成锂核和粒子，释放出射线。已知硼核的比结合能为，锂核的比结合能为，氦核的比结合能为，真空中光速为，下列判断正确的是(    ) A. 硼核变成锂核和粒子的核反应是衰变 B. 射线带正电，有较强的电离作用 C. 硼核的比结合能小于锂核的比结合能 D. 该核反应释放的核能为 13．现有钚的同位素原子核静止在匀强磁场中，该离子沿与磁场垂直的方向放出粒子以后，变成铀的一个同位素原子核，同时放出一个能量为的光子（已知钚核质量，铀核质量，粒子的质量为，，下列说法正确的是（　　） A．该核反应属于裂变反应 B．此过程的核反应方程为 C．若不计光子的动量，则粒子与铀核在该磁场中的回转半径之比 D．若不计光子的动量，铀核的动能约为0.071MeV 14．(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个C核，C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u，已知1 u＝1.66×10－27 kg.则下列说法正确的是(1 u相当于931 MeV)(　　) A．反应过程中的质量亏损是0.078 u B．反应过程中的质量亏损是1.29×10－29 kg C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J 【素养进阶·提升练】 1.（多选）已知、、的静止质量分别是226.0254u、222.0175u、4.0026u，u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV。当发生α衰变时，下列说法正确的是（　　） A．的质量等于组成它的核子的质量之和 B．发生一次衰变释放的核能为4.93695MeV C．因的比结合能比小，所以比更稳定 D．一个静止的发生一次衰变，产生的和的速度之比约为111：2 2.(多选)一静止的氡核(Rn)发生了如下的核反应Rn→Po＋He，在反应后放出一个速度为v0、质量为m的氦核(He)和一个质量为M的反冲核钋(Po)，若氡核发生衰变时，释放的能量全部转化为氦核和钋的动能，则下列说法正确的是(　　) A.该反应中氡核Rn发生的是α衰变 B.反应后产生的新核钋Po的比结合能小于反应前氡核Rn的比结合能 C.氡的同位素Rn和反应物氡Rn相比少了两个中子，因此它们的化学性质不同 D.该反应产生的质量亏损Δm＝ 3．如图所示，某轧钢厂的热轧机上安装了一个射线测厚仪，探测器探测到的射线强度与钢板的厚度有关。已知测厚仪采用放射性同位素作为放射源，发生衰变时放出射线和射线，半衰期为74天，适合透照厚度在之间的钢板，下列说法正确的是（　　） A．探测器探测到的射线增强，说明钢板的厚度增加 B．192 g放射性同位素经过148天全部完成衰变 C．若衰变产生的新核用X表示，则的衰变方程为 D．的比结合能比衰变后的产物X的比结合能大 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $