高中物理 5 3核力與結(jié)合能 學(xué)案 人教版（2019）選擇性必修第三冊（含答案）

5.3核力與結(jié)合能課前預(yù)習(xí)：一、核力與四種基本相互作用1．基本相互作用：17世紀(jì)下半葉，牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力，引力是自然界的一種。2．19世紀(jì)后，人們認(rèn)識到電荷間的相互作用，磁體間的相互作用，從本質(zhì)上說是同一種相互作用的不同表現(xiàn)，稱為。3．核力(1)定義：原子核內(nèi)之間的相互作用力。(2)核力的特點①核力是的一種表現(xiàn)，在原子核內(nèi)，核力比庫侖力大得多。②核力是短程力，作用范圍在之內(nèi)。4．四種基本相互作用二、結(jié)合能和質(zhì)量虧損1．結(jié)合能：原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開也需要，這就是原子核的結(jié)合能。2．比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：原子核的結(jié)合能與之比稱為比結(jié)合能。比結(jié)合能，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，的核的比結(jié)合能最大、最穩(wěn)定。3．質(zhì)量虧損(1)愛因斯坦質(zhì)能方程。(2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。(3)核子在結(jié)合成原子核時出現(xiàn)的質(zhì)量虧損Δm，與它們在互相結(jié)合過程中放出的能量ΔE的關(guān)系是。4．比結(jié)合能應(yīng)用前景(1)中等大小的核的比結(jié)合能，這些核最穩(wěn)定。(2)使較重的核分裂成中等大小的核，或者把較小的核合并成中等大小的核，都將新的結(jié)合能。課堂練習(xí)：[思考判斷](1)原子核中的質(zhì)子是靠自身的萬有引力聚在一起的。()(2)核力是強相互作用力，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。()(3)弱相互作用的力程比強力更短。()(4)組成原子核的核子越多，它的結(jié)合能就越高。()(5)結(jié)合能越大，核子結(jié)合得越牢固，原子越穩(wěn)定。()(6)質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。()[例1](多選)對于核力，以下說法正確的是()A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是強相互作用的表現(xiàn)，是強力C．核子之間的距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起D．人們對核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15m時核力的變化規(guī)律更清楚[例2]下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法正確的是()A．核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大C．重核與中等質(zhì)量的原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大[例3]下列有關(guān)質(zhì)能方程的說法中，正確的是()A．愛因斯坦質(zhì)能方程反映了物體的質(zhì)量就是能量，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化B．由E＝mc2可知，能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，可以用物體的質(zhì)量作為它所蘊藏的能量的量度C．核反應(yīng)中發(fā)生的“質(zhì)量虧損”是消失的質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰緿．因為在核反應(yīng)中產(chǎn)生能量，有質(zhì)量的轉(zhuǎn)化，所以系統(tǒng)只有質(zhì)量數(shù)守恒、系統(tǒng)的總能量和總質(zhì)量并不守恒[例4]某核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量為3.0180u，eq\o\al(4,2)He的質(zhì)量為4.0026u，X的質(zhì)量為1.0087u。則下列說法正確的是()A．X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量B．X是中子，該反應(yīng)釋放能量C．X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量D．X是中子，該反應(yīng)吸收能量[例5]一個鋰核(eq\o\al(7,3)Li)受到一個質(zhì)子的轟擊，變成兩個α粒子．已知質(zhì)子的質(zhì)量是1.6726×10－27kg，鋰核的質(zhì)量是11.6505×10－27kg，氦核的質(zhì)量是6.6466×10－27kg，光速c＝3×108m/s。(1)寫出上述核反應(yīng)的方程；(2)計算上述核反應(yīng)釋放的能量。課后鞏固：1．氦原子核由兩個質(zhì)子與兩個中子組成，這兩個質(zhì)子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力，則3種力從大到小的排列順序是()A．核力、萬有引力、庫侖力 B．萬有引力、庫侖力、核力C．庫侖力、核力、萬有引力 D．核力、庫侖力、萬有引力2．(多選)核力具有下列哪些性質(zhì)()A．核力是短程力，作用范圍很小，只在相鄰核子間發(fā)生B．核力是一種引力，核力把核子緊緊束縛在核內(nèi)，形成穩(wěn)定的原子核C．質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子之間都有核力D．核力是一種強相互作用力，在其作用范圍內(nèi)，核力比庫侖力大得多3．(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能，下列說法中正確的是()A．原子核的結(jié)合能等于核子與核子之間結(jié)合成原子核時，釋放出來的能量B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定C．比結(jié)合能是核子與核子結(jié)合成原子核時平均每個核子放出的能量D．結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定4．(多選)不同原子核的比結(jié)合能是不同的，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核的比結(jié)合能小，由此可以確定，核反應(yīng)能釋放大量核能的是()A．中等質(zhì)量的原子核結(jié)合成質(zhì)量較大的重核B．質(zhì)量較大的重核分裂成中等質(zhì)量的原子核C．中等質(zhì)量的原子核分裂成質(zhì)量較小的輕核D．質(zhì)量較小的輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的原子核5．(多選)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)自然界存在四種相互作用，下列說法中，哪些是符合科學(xué)家的認(rèn)識的()A．彈力應(yīng)該歸結(jié)為電磁力B．原子核內(nèi)所有核子之間都存在核力的作用C．摩擦力是電磁力的一種表現(xiàn)形式D．電磁力是比萬有引力更強的相互作用6．(多選)對公式ΔE＝Δmc2的正確理解是()A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少了ΔmB．如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質(zhì)量D．核子結(jié)合成原子核時，若放出能量ΔE，這些核子與結(jié)合成的原子核的質(zhì)量之差就是Δm7．如圖是描述原子核核子的平均質(zhì)量eq\x\to(m)與原子序數(shù)Z的關(guān)系曲線，下列說法正確的是()A．將原子核A分解為原子核B、C吸收能量B．將原子核D、E結(jié)合成原子核F吸收能量C．將原子核A分解為原子核B、F一定釋放能量D．將原子核F、C結(jié)合成原子核B一定釋放能量8．(多選)鐵的比結(jié)合能比鈾核的比結(jié)合能大，下列關(guān)于它們的說法正確的是()A．鐵核的結(jié)合能大于鈾核的結(jié)合能B．鐵核比鈾核穩(wěn)定C．若鈾核能發(fā)生核反應(yīng)變成鐵核，則要放出能量D．若鈾核能發(fā)生核反應(yīng)變成鐵核，則發(fā)生質(zhì)量虧損9．(多選)在某些恒星內(nèi)，3個α粒子結(jié)合成1個C原子，C原子的質(zhì)量是12.0000u，He核的質(zhì)量是4.0026u．已知1u＝1.66×10－27kg，則()A．反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損是0.0078uB．反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損約為1.29×10－29kgC．反應(yīng)過程中釋放的能量約為7.26MeVD．反應(yīng)過程中釋放的能量約為1.16×10－19J10．(多選)關(guān)于原子核的結(jié)合能，下列說法正確的是()A．原子核的結(jié)合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰變成α粒子和一原子核，衰變產(chǎn)物的結(jié)合能之和一定大于原來重核的結(jié)合能C．銫原子核(eq\o\al(133,

55)Cs)的結(jié)合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,

82)Pb)的結(jié)合能D．比結(jié)合能越大，原子核越不穩(wěn)定11．一個鈾核衰變?yōu)殁Q核時釋放一個α粒子。在這個衰變過程中釋放的能量等于多少焦耳？已知鈾核的質(zhì)量為3.853131×10－25kg，釷核的質(zhì)量為3.786567×10－25kg，α粒子的質(zhì)量為6.64672×10－27kg。12．eq\o\al(3,1)H的質(zhì)量是3.016050u，質(zhì)子的質(zhì)量是1.007277u，中子的質(zhì)量是1.008665u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，求：(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)(1)一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？(2)氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？(3)如果此能量是以光子形式放出的，則光子的頻率是多少？5.3核力與結(jié)合能參考答案課前預(yù)習(xí)：1．基本相互作用：基本相互作用。2．電磁相互作用。3．核力(1)定義：核子(2)核力的特點①強相互作用②1.5×10－15__m二、結(jié)合能和質(zhì)量虧損1．結(jié)合能和比結(jié)合能(1)結(jié)合能：能量(2)比結(jié)合能(平均結(jié)合能)：核子數(shù)越大中等大小2．質(zhì)量虧損(1)E＝mc2(2)質(zhì)量虧損：小于(3)ΔE＝Δm·c2。3．比結(jié)合能應(yīng)用前景(1)最大(2)釋放課堂練習(xí)：[思考判斷](1)(×)(2)(√)(3)(√)(4)(√)(5)(×)(6)(√)[例1]答案BC解析核力是強相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力比庫侖力大得多，因此，選項B正確，A錯誤；核力在大于0.8×10－15m時表現(xiàn)為吸引力。且隨距離增大而減小；在距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起，所以選項C正確；人們對核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮力攻克的堡壘，故選項D錯誤。[例2]答案D解析核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，選項A錯誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核小，選項B、C錯誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，選項D正確。[例3]答案B解析E＝mc2說明能量和質(zhì)量之間存在著聯(lián)系，即能量與質(zhì)量之間存在著正比關(guān)系，但并不說明能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故A項錯誤，B項正確；核反應(yīng)中發(fā)生的“質(zhì)量虧損”并不是質(zhì)量消失，實際上是由靜止的質(zhì)量突變成運動的質(zhì)量，并不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故C項錯誤；在核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒，能量也守恒，在核反應(yīng)前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動質(zhì)量，故D項錯誤．[例4]答案B解析根據(jù)核反應(yīng)過程質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒，可得eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X為中子，在該反應(yīng)發(fā)生前反應(yīng)物的總質(zhì)量m1＝2.0136u＋3.0180u＝5.0316u，反應(yīng)后產(chǎn)物總質(zhì)量m2＝4.0026u＋1.0087u＝5.0113u。總質(zhì)量減少，出現(xiàn)了質(zhì)量虧損，故該反應(yīng)釋放能量。[例5]答案(1)eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He(2)2.691×10－12J解析(1)該核反應(yīng)方程為eq\o\al(7,3)Li＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(4,2)He(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm＝mLi＋mp－2mα＝(11.6505×10－27＋1.6726×10－27－2×6.6466×10－27)kg＝2.99×10－29kg釋放的能量ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2J＝2.691×10－12J.課后鞏固：1．答案D解析核子間的核力最大，萬有引力最小，D項正確。2．答案ACD解析核力作用的范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，只在相鄰核子間發(fā)生，是短程力，選項A正確；核力既能表現(xiàn)為引力，又能表現(xiàn)為斥力，選項B錯誤；核力是質(zhì)子、中子之間的強相互作用力，在其作用范圍內(nèi)，比庫侖力大得多，選項C、D正確。3．答案ABC4．答案BD解析兩個中等質(zhì)量的核結(jié)合成重核的過程，核子的比結(jié)合能減少，整個過程將要吸收能量，A項錯誤；質(zhì)量較大的重核分裂成中等質(zhì)量的原子核，是上述過程的逆過程，是放出能量的，B項正確；根據(jù)同樣的方法，可知C項錯誤，D項正確．5．答案ACD解析電磁力是兩個帶電粒子或物體之間的相互作用力，力學(xué)中的彈力、摩擦力、浮力都屬于電磁力，故A、C正確；核力是短程力，核力只存在于同一個原子核內(nèi)的相鄰的核子之間，故B錯誤；電磁力是比萬有引力更強的相互作用，故D正確。6．答案ABD解析一定的質(zhì)量對應(yīng)一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質(zhì)量也一定相應(yīng)減少Δm，即發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項A、D正確；如果物體的質(zhì)量增加了Δm，它的能量也一定相應(yīng)增加Δmc2，所以選項B正確；某原子核在衰變時，一定發(fā)生質(zhì)量虧損，所以選項C錯誤．7．答案C解析因B、C核子平均質(zhì)量小于A核子的平均質(zhì)量，故A分解為B、C時，會出現(xiàn)質(zhì)量虧損，故一定放出能量，A錯誤；同理可得B、D錯誤，C正確．8．答案BCD解析鐵核的比結(jié)合能大，更穩(wěn)定些，鈾核比結(jié)合能小，發(fā)生核反應(yīng)變成鐵核會放出核能，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，B、C、D正確．鐵核的結(jié)合能是小于鈾核的結(jié)合能的，故A錯誤．9．答案ABC解析由題意可得核反應(yīng)方程為3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,

6)C＋ΔE，則核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u＝0.0078×1.66×10－27kg≈1.29×10－29kg，由質(zhì)能方程得ΔE＝Δmc2＝1.29×10－29×(3×108)2J＝1.161×10－12J≈7.26MeV，故選A、B、C．10．答案ABC解析兩個或幾個自由狀態(tài)的核子結(jié)合在一起時釋放的能量或