高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能学案及答案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能学案及答案，共5页。

一、核力与四种基本相互作用
原子核是由中子和质子构成的(如图)。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
1．核力：原子核中的________之间存在一种很强的相互作用，即存在一种________。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。
2．强相互作用的特点
(1)强相互作用是________力，作用范围只有约________ m。
(2)距离增大时，强相互作用急剧________。超过10－15 m，强相互作用不存在。
3．弱相互作用
(1)弱相互作用是引起原子核____________衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。
(2)弱相互作用是________力，其力程只有________ m。
4．四种基本相互作用
为什么质量数较大的稳定原子核中的中子数多于质子数？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。( )
(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。( )
(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。( )
(4)核力的作用范围只有约10－15 m。( )
(5)核力本质上属于电磁相互作用。( )
(6)中子和中子之间不会有核力作用。( )
例1 (多选)下列说法正确的是( )
A．核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生
B．核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起
C．质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力
D．核力是一种弱相互作用，在其作用范围内，核力比库仑力大得多
二、结合能
1．结合能
原子核是________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
原子核的结合能与______________之比，叫作比结合能，也叫作________结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。
如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线。
(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比，比结合能有什么特点？
(2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
例2 下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或把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．重核与中等大小的原子核相比较，重核的比结合能大
D．中等大小的原子核的结合能和比结合能均比轻核的大
例3 (2022·无锡市高二期末)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的是( )
A.eq \\al(4,2)He核的结合能约为14 MeV
B.eq \\al(6,3)Li核比eq \\al(4,2)He核更稳定
C．两个eq \\al(2,1)H核结合成eq \\al(4,2)He核时释放能量
D.eq \\ar(235, 92)U核中核子的平均结合能比eq \\al(89,36)Kr核中的大
三、质量亏损
1．质量亏损：原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象，叫质量亏损。
2．质能方程
(1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系：__________。
(2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E＝__________。
3．对质能方程E＝mc2的理解
(1)质能方程E＝mc2说明一定的质量总是跟一定的能量相联系。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，E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E＝mc2，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。
(3)根据质能方程ΔE＝Δmc2，核反应过程中发生的质量亏损，并不是消失了，减少的质量Δm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。
原子物理中常把碳12原子质量的eq \f(1,12)叫作“原子质量单位”，用1 u表示(1 u＝1.660 5×10－27 kg)。
请根据E＝mc2证明：1 u相当于931.5 MeV的能量。已知光速c为2.997 9×108 m/s，元电荷e为1.602 2×10－19 C。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(1)由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度( )
(2)因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、系统的总能量和总质量并不守恒( )
例4 (2022·南阳市高二期末)已知中子的质量是mn＝1.674 9×10－27 kg，质子的质量是mp＝1.672 6×10－27 kg，氘核的质量是mD＝3.343 6×10－27 kg，真空中的光速c＝3.00×108 m/s，
e＝1.60×10－19 C，求氘核的比结合能是多少eV。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
例5 一个静止的铀核eq \\ar(232, 92)U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核eq \\ar(228,90)Th(原子质量为228.028 7 u)，已知1 u相当于931.5 MeV的能量(结果保留三位有效数字)。
(1)写出铀核的衰变反应方程；
(2)算出该衰变反应中释放出的核能；
(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
核能的计算方法
1．根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。
2．根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。
(1)若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s 代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳。
(2)若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV。(1 u相当于931.5 MeV)
3．在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能。