高中物理 第十九章 原子核 5 核力與結(jié)合能課堂導(dǎo)引素材 新人教版選修3-5（通用）

5 核力與結(jié)合能 互動(dòng)課堂疏導(dǎo)引導(dǎo)1.核力核力是核子之間的相互作用力，其特點(diǎn)有：（1）核力是強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn).在它的作用范圍內(nèi)，核力比庫(kù)侖力大得多.（2）核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi).核力在大于0.8×10-15 m時(shí)表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，超過(guò)1.5×10-15m,核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.8×10-15m時(shí),核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起.（3）每個(gè)核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用.2.結(jié)合能由于核子間存在巨大的核力作用，所以原子核是一個(gè)堅(jiān)固的集體.要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量.一個(gè)氘核被拆成一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子時(shí)，需要用能量等于或大于2.2 MeV的光子照射.核反應(yīng)方程為.相反的過(guò)程，當(dāng)一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氘核時(shí)會(huì)釋放出2.2 MeV的能量.這個(gè)能量以光子的形式輻射出去.核反應(yīng)方程為.由于核力的存在，核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定的能量，原子核分解成核子時(shí)，要吸收同樣多的能量.核反應(yīng)中放出或吸收的能量稱為核能.3.質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程（1）質(zhì)量虧損m凡是釋放核能的核反應(yīng)，反應(yīng)后各原子核（新生核）及微觀粒子的質(zhì)量（即靜止質(zhì)量）之和都會(huì)變小，兩者的差值就叫做質(zhì)量虧損.（凡吸收能量的核反應(yīng)，其生成物的質(zhì)量之和大于反應(yīng)物的質(zhì)量之和）（2）質(zhì)能方程愛(ài)因斯坦的相對(duì)論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，其關(guān)系是E=mc2.這就是著名的愛(ài)因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程，簡(jiǎn)稱質(zhì)能方程.方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì)量之間存在著簡(jiǎn)單的正比關(guān)系.物體的能量增大質(zhì)量也增大，能量減少質(zhì)量也減少.若質(zhì)量虧損為m，那么對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化成的能量為E=m·c2.由于c2這個(gè)數(shù)值巨大，因而釋放的能量是十分可觀的.質(zhì)量為1 kg的物體所具有能量為9×1016J,這一能量相當(dāng)于一個(gè)100萬(wàn)千瓦的發(fā)電廠三年的發(fā)電量.（3）核能的計(jì)算方法為：根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損乘以真空中光速的平方:E=m·c2根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u）相當(dāng)于931.5 MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即E=m×931.5 MeV.（4）對(duì)質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的理解：在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒的規(guī)律.核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰?物體的質(zhì)量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，質(zhì)量虧損是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量.另外，質(zhì)量虧損也不是核子個(gè)數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個(gè)數(shù)是不變的.活學(xué)巧用【例1】 關(guān)于核力的說(shuō)法正確的是（）A.核力同萬(wàn)有引力沒(méi)有區(qū)別，都是物體間的作用B.核力就是電磁力C.核力是短程力，作用范圍在1.5×10-15m之內(nèi)D.核力與電荷有關(guān)思路解析：核力是短程力，超過(guò)1.5×10-15m，核力急劇下降幾乎消失，故C對(duì)，核力與萬(wàn)有引力、電磁力不同，故A、B不對(duì)，核力與電荷無(wú)關(guān).故D錯(cuò).答案：C【例2】 核能是怎樣產(chǎn)生的，試說(shuō)說(shuō)自己的理解.思路解析：能與功、力密切相聯(lián)系，核能也不例外.核反應(yīng)中核能的吸收和釋放與核力的作用有關(guān).當(dāng)核子結(jié)合成原子核時(shí)，核力對(duì)核子做功，要釋放能量（類似于重力對(duì)重物做功將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能）；當(dāng)原子核分裂為核子時(shí)，要克服核力做功，所以從外界吸收能量.由于核力強(qiáng)大，所以核能的吸收和釋放比其他形式的能量要巨大得多.【例3】 下列說(shuō)法中，正確的是（）A.愛(ài)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(yùn)藏的能量的量度C.核反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)的“質(zhì)量虧損”是指消失的質(zhì)量D.因在核反應(yīng)中能產(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)量并不守恒思路解析：E=mc2說(shuō)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，并不是說(shuō)明了能量和質(zhì)量之間存在相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，故A錯(cuò)誤，而B(niǎo)項(xiàng)正確.核反應(yīng)中的“質(zhì)量虧損”也不是質(zhì)量消失，實(shí)際上是由靜止的質(zhì)量變成運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量，也不是質(zhì)量轉(zhuǎn)變成能量，故C錯(cuò)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，在核反應(yīng)前后只是物質(zhì)由靜質(zhì)量變成動(dòng)質(zhì)量，故D錯(cuò)誤.答案：B【例4】 已知氮核質(zhì)量mN=14.007 53 u,氧核質(zhì)量mO=17.004 54 u，氦核質(zhì)量mHe=4.003 87 u，質(zhì)子質(zhì)量mH=1.008 15 u，試判斷核反應(yīng)：是吸能反應(yīng)，還是放能反應(yīng)，能量變化多少？思路解析：反應(yīng)前的總質(zhì)量mN+mHe=18.011 40 u，反應(yīng)后的總質(zhì)量mO+mH=18.012 69 u因?yàn)榉磻?yīng)中質(zhì)量增加，所以此反應(yīng)為吸能反應(yīng)，所吸能量為E=mc2=(mN+mHe)-(mO+mH)c2=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV=1.2 MeV.答案：吸能反應(yīng)能量變化量為1.2 MeV