高中物理第四章核力与结合能学案（含解析）粤教版选修3_5

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1、学案4　核力与结合能[学习目标定位]1.知道核力的性质.2.能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因.3.知道原子核的结合能和平均结合能的概念.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．1．原子核的组成：原子核由质子和中子组成；原子核非常小，半径数量级为10－15m.2．能量单位：1eV＝10－6MeV＝1.6×10－19J.3．核力及其性质(1)组成原子核的核子之间有很强的相互作用力，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称为核力．(2)核力是一种很强的力，在它的作用范围内核力比库仑力大的多．(3)核力是一种短程力．在

2、约0.5×10－15m～2×10－15m的距离内主要表现为引力；大于2×10－15m的距离时核力就迅速减小为零；在小于0.5×10－15m的距离内，核力又转变为强大的斥力而使核子不融合在一起．4．重核与轻核原子核中的质子数又称为原子序数，排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫做重核，排在比较靠前的叫做轻核．一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数相等．但是大多数重核是中子多于质子．5．结合能(1)由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能量．反过来，根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量，

3、这个能量叫做原子核的结合能．(2)用高能量的γ光子照射氘核，可以使它分解为质子和中子，核反应方程是γ＋H→H＋n.γ光子的能量大于或等于2.22MeV.相反的过程，一个中子和一个质子结合成氘核会释放出2.22MeV的能量．这个能量以γ光子的形式辐射出去．核反应方程是n＋H→H＋γ.(3)原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能．平均结合能越大，核越稳定．6．质量亏损和核能的计算核子结合成原子核时，反应前和反应后的质量之差叫质量亏损．亏损的质量与反应中释放的能量相对应，它们之间的关系遵循爱因斯坦的质能方程为ΔE＝Δmc2.一、原子核中质子和中

4、子的比例[问题设计]一些较轻的原子核如He、O、C、N中质子数和中子数有什么关系？答案　质子数与中子数大致相等．[要点提炼]由于核力是短程力及核力的饱和性，自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但较重的原子核，中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多．二、结合能[问题设计]如图1所示是不同原子核的平均结合能随质量数变化的曲线．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放出能量？答案　(1)中等质量的原子核平

5、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，原子越稳定．(2)放出能量．[要点提炼]1．核子数较小的轻核和核子数较大的重核，平均结合能较小，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．2．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．中等核子数的原子核，平均结合能较大，原子核较稳定．三、质量亏损和核能的计算[问题设计]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

6、或核子的质量如下：mBe＝9.01219u，mC＝12.000u，mα＝4.0026u，mn＝1.008665u．(其中1u＝1.660566×10－27kg)，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的消失．对质量亏损的理解(1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓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，

7、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．(2)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．[要点提炼]1．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，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.2．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Δ

8、m.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