第5章 5．1核能來自何方

1、.51核能來自何方學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.知道核力的概念與特點重點2.理解結(jié)合能的概念，知道核反響中的質(zhì)量虧損重點、難點3.掌握愛因斯坦質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系、會計算核反響中的能量問題重點、難點強 大 的 核 力1核子質(zhì)子和中子統(tǒng)稱為核子2核力1定義：組成原子核的核子之間存在著的一種特殊的力，這種力叫核力2特點：核力是強互相作用力，在它的作用范圍內(nèi)，核力比庫侖力和萬有引力大的多核力是短程力，作用間隔 只有1015 m的數(shù)量級，每個核子只能對跟它鄰近的少數(shù)粒子發(fā)生顯著作用，超過了作用間隔 ，核力會迅速減小到零1原子核內(nèi)的質(zhì)子間均存在核力和庫侖力×2原子核中粒子所受的萬有

2、引力和電磁力可以到達平衡×3核力是強互相作用，在任何情況下都比庫侖力大×原子核是由中子和質(zhì)子組成的，在原子核狹小的空間里，帶正電的質(zhì)子為什么能擠在一起而不飛散？【提示】組成原子核的相鄰的核子間存在核力1核力的性質(zhì)1核力是四種互相作用中的強互相作用強力的一種表現(xiàn)2核力是短程力約在1015 m數(shù)量級時起作用，間隔 大于0.8×1015 m時為引力，間隔 小于0.8×1015 m時為斥力，間隔 為10×1015 m時核力幾乎消失3核力具有飽和性核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用4核力與核子是否帶電無關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)

3、子與中子間、中子與中子間都可以有核力作用5核力按力的分類上看，屬于按性質(zhì)分的力，而不是按效果分的力，與重力、彈力、摩擦力一樣屬于性質(zhì)力2四種互相作用第一種互相作用是萬有引力，與核力相比，在核力作用的范圍內(nèi)萬有引力約為其核力的，第二種是電磁力，與核力相比，在核力作用的范圍內(nèi)，電磁力約為其核力的，第三種是原子核內(nèi)存在的強互相作用的核力，第四種是原子核內(nèi)存在的弱互相作用力3原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系1較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多2形成原因：假設(shè)質(zhì)子與中子成對地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的間隔 增大，核力和電磁力都會減

4、小，但核力減小得更快所以當(dāng)原子核增大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力缺乏以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了假設(shè)只增加中子，因為中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有互相吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，假設(shè)再增大原子核，一些核子間的間隔 會大到其間根本沒有核力的作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的1對核力的認識，以下說法正確的選項是 A任何物體之間均存在核力B每個核子跟所有的核子都發(fā)生核力作用C核力只存在于質(zhì)子之間D核力只發(fā)生在相距1.5×1015 m的核子之間，大于0.8&#

5、215;1015 m為吸引力，而小于0.8×1015 m為斥力【解析】由核力的特點知道，只有相距1.5×1015 m的核子之間存在核力，核力發(fā)生在核子之間，核力是強互相作用，故D正確【答案】D2對原子核的組成，以下說法正確的選項是 A核力可使一些中子組成原子核B核力可使非常多的質(zhì)子組成原子核C自然界中原子核都由質(zhì)子和中子組成D質(zhì)量較大的原子核內(nèi)一定有中子【解析】由于原子核帶正電，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的質(zhì)子聚集在一起組成原子核，原因是核力是短程力，質(zhì)子之間還存在“長程力庫侖力，A、B錯誤；自然界中存在只有一個質(zhì)子的原子核，如H，C錯誤；較大質(zhì)量的原子核

6、內(nèi)只有存在一些中子，才能削弱庫侖力，維系原子核的穩(wěn)定，故D正確. 【答案】D3多項選擇關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法，正確的選項是 A原子核中質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)一定相等B穩(wěn)定的重原子核里，質(zhì)子數(shù)比中子數(shù)少C原子核都是非常穩(wěn)定的D由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，不可能無節(jié)制地增大原子核而仍穩(wěn)定存在【解析】由穩(wěn)定核的質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)的關(guān)系可知，質(zhì)量越大的原子核內(nèi)中子數(shù)比質(zhì)子數(shù)多得越多，故A錯誤，B正確；原子核可以發(fā)生衰變，且原子序數(shù)大于83的元素都有放射性，故C錯誤；由核力作用特點可知，核子數(shù)越多的原子核越不穩(wěn)定，故D正確【答案】BD(1)核力是強互相作用力，只存在于相鄰核子之間.(2)核力的

7、存在與核子是否帶電及電性無關(guān).(3)原子核的穩(wěn)定性與核力和庫侖力的大小關(guān)系有關(guān). 結(jié) 合 能1結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時放出的能量或原子核分解成核子時吸收的能量，叫做該原子核的結(jié)合能2平均結(jié)合能核子結(jié)合成原子核時每個核子平均放出的能量叫做平均結(jié)合能，它等于核的結(jié)合能跟核子數(shù)的比值3結(jié)合能的計算1質(zhì)量虧損：組成原子核的核子的質(zhì)量與原子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損2質(zhì)能方程愛因斯坦的質(zhì)能方程指出，物體的質(zhì)量跟它的能量有一定的聯(lián)絡(luò)假如物體質(zhì)量增加或減少了m，物體的能量相應(yīng)會增加或減少E，它們的關(guān)系是Emc2，式中c為真空中的光速3核能的計算原子核釋放能量時，要產(chǎn)生質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程Emc2計算核能

8、時，可以先計算質(zhì)量虧損m，再代入質(zhì)能方程求出核能1原子核的核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越大×2質(zhì)量虧損是因為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量×3平均結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越結(jié)實，原子越穩(wěn)定有人認為質(zhì)量虧損就是核子的個數(shù)變少了，這種認識對不對？【提示】不對在核反響中質(zhì)量數(shù)守恒即核子的個數(shù)不變，只是核子組成原子核時，仿佛變“輕了一些，原子核的質(zhì)量總是小于其全部核子質(zhì)量之和，即發(fā)生了質(zhì)量虧損，核子的個數(shù)并沒有變化1對平均結(jié)合能的理解1平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越結(jié)實，原子核越穩(wěn)定2核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，平均結(jié)合能都比較小，中等質(zhì)量的核平均結(jié)合能最大、最穩(wěn)定3當(dāng)平均結(jié)合能較

9、小的原子核轉(zhuǎn)化成平均結(jié)合能較大的原子核時，就要釋放核能2對質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損的理解1質(zhì)能方程質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在著親密的聯(lián)絡(luò)，其關(guān)系是Emc2.2質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了物體質(zhì)量增加，那么總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時質(zhì)能方程也寫為Emc2.3核能的計算方法1根據(jù)質(zhì)量虧損計算根據(jù)核反響方程，計算核反響前后的質(zhì)量虧損m.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2計算核能其中m的單位是千克，E的單位是焦耳2利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特計算根據(jù)1原子質(zhì)量單位u相當(dāng)于931.5 MeV的能量，用核子

10、結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即Em×931.5 MeV.其中m的單位是u，E的單位是MeV.4以下關(guān)于平均結(jié)合能的說法正確的選項是 A核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越大B核子數(shù)越多，平均結(jié)合能越小C結(jié)合能越大，平均結(jié)合能越大D平均結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定【解析】中等質(zhì)量核的平均結(jié)合能比輕核和重核的平均結(jié)合能都大，故A、B、C均不正確平均結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越結(jié)實，原子核越穩(wěn)定，故D正確【答案】D5多項選擇關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程，以下說法正確的選項是 AEmc2中的E是物體以光速c運動的動能BEmc2是物體各種形式能的總和C由Emc2知，在核反響中

11、虧損的質(zhì)量m轉(zhuǎn)化成能量E放出D由Emc2知，在核反響中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動質(zhì)量被放出的能量帶走【解析】愛因斯坦的質(zhì)能方程Emc2說明，物體的質(zhì)量與其他各種形式的能量之間的關(guān)系，故A錯誤，B正確Emc2說明，在核反響中虧損的質(zhì)量m將產(chǎn)生Emc2的能量，只是以另一種形態(tài)的質(zhì)量動質(zhì)量釋放出來，與這部分質(zhì)量m相對應(yīng)的能量為mc2，而絕不是質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量了，故C錯誤，D正確【答案】BD6三個粒子結(jié)合成一個碳C，碳原子的質(zhì)量為12.000 0 u，氦原子的質(zhì)量為4.002 6 u1 u1.66×1027 kg1寫出核反響的方程；2這個核反響放出的能量是多少焦？3這個能量合多少MeV?【解析】13HeCE2m3×4.002 6 u12.000 0 u0.007 8 um0.007 8×1.66×1027 kg1.294 8×1029 kgEmc21.165×1012 J.3EeV7.28×106 eV7.28 MeV.【答案】13HeCE21