1、3.3.5 核力与结合能,一、核力与四种基本相互作用 1.核力：原子核内 之间的相互作用力。 2.核力的特点(1)核力是 的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多。(2)核力是短程力，作用范围在 之内。在大于0.81015 m小于1.51015 m的范围内表现为吸引力，在小于0.81015 m时表现为斥力。(3)核力的饱和性：每个核子只跟 发生核力作用。,核子,强相互作用,1.510-15 m,邻近的核子,3.四种基本相互作用,更短,电磁力,万有引力,思考判断,(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。( ) (2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。( ) (
2、3)弱相互作用的力程比强力更短。( ) 答案 (1) (2) (3),二、原子核中质子与中子的比例 1.自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致 。 2.较重的原子核，中子数 质子数，越重的元素，两者相差越多。,相等,大于,思考判断,(1)在原子核的组成中，质子数等于中子数。( ) (2)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了。( ) (3)在宇宙演化过程中，只有稳定的原子核长久地留了下来。( ) 答案 (1) (2) (3),三、结合能和质量亏损 1.结合能和比结合能(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_，这就是原子核的结合能。(2)比结合能(平均结合能)：原
3、子核的结合能与 之比称为比结合能。比结合能 ，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定， 的核的比结合能最大、最稳定。,能量,核子数,越大,中等大小,2.质量亏损(1)爱因斯坦质能方程 。(2)质量亏损：原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象。(3)核子在结合成原子核时出现的质量亏损m，与它们在互相结合过程中放出的能量E的关系是 。 3.比结合能应用前景(1)中等大小的核的比结合能 ，这些核最稳定。(2)使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，都将 新的结合能。,E=mc2,小于,E=mc2,最大,释放,思考判断,(1)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。( )
4、(2)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。( ) (3)质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。( ) 答案 (1) (2) (3),根据核力的性质解释原子核的稳定性,(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1015 m数量级时起作用，距离大于0.81015 m时为引力，距离小于0.81015 m时为斥力。距离为101015 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。,1.核力的性质,要点归纳,2.原子核中质子与中子的比例关系,(
5、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 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。 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。 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
6、核也一定是不稳定的。,例1 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 B.核力就是电磁力 C.核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内 D.核力与电荷有关 解析 核力是短程力，超过1.51015 m。核力急剧下降几乎消失，故选项C正确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误；核力与电荷无关。故选项D错误。 答案 C,精典示例,针对训练1 关于质子和中子的说法，正确的是( ),A.原子核中质子数和中子数一定相等 B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C.原子核都是非常稳定的 D.对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继
7、续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的 解析 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。因此正确答案选D。 答案 D,对结合能的理解,1.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。,要点归纳,2.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
8、能较大的原子核时，就能释放核能。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。,例2 下列关于结合能和比结合能的说法正确的是( ),A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B.比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大 C.重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大,精典示例,解析 核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，选项A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不
9、一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，选项B、C错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，选项D正确。 答案 D,(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大。 (2)比结合能越大表明原子核越稳定。一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大。,针对训练2 (多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是( ),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.比
10、结合能越大的原子核越稳定 解析 由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量，反之，将原子核分开变为自由核子它需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故选项A正确，B错误；对核子较多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故选项C错误，D正确。 答案 AD,1.质量亏损的理解,所谓质量亏损，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。总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是Emc2。,质量亏损与核能计算,要点归纳,
11、2.质能方程Emc2的理解,(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。 (2)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Emc2。,(3)质能方程的本质 质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。 质量亏损不是否定了质
12、量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。,例3 (多选)关于质能方程，下列说法正确的是( ),A.质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 B.物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值 C.物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 解析 质能方程Emc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据Emc2进行计算，所以选项B、
13、D正确。 答案 BD,精典示例,质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。,答案 吸收能量 1.2 MeV,解析 反应前总质量：MNMHe18.011 40 u， 反应后总质量：MOMH18.012 69 u。 可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应。 吸收的能量利用Emc2来计算， 若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量， 故E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV。,核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 根据核反应方程，计算核反应前、后的质量亏损m。 根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能。 其中m的单位是千克，E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Em931.5 MeV。其中m的单位是u，E的单位是MeV。,
