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5.3核力与结合能
【学习目标】(2min)
1.知道四种基本相互作用及核力的概念、特点．
2．理解结合能和比结合能的概念．
3．知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算.
【任务1】 课前预习（10min）
一、核力与四种基本相互作用
1．基本相互作用：17世纪下半叶，牛顿发现了万有引力，引力是自然界的一种 。
2．19世纪后，人们认识到电荷间的相互作用，磁体间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，称为 。
3．核力(1)定义：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。
4．四种基本相互作用
二、结合能和质量亏损
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。
3．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Δm，与它们在互相结合过程中放出的能量ΔE的关系是 。
4．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。
【任务2】 探究一、核力与四种基本相互作用(5min)
如图所示为3H和3He的原子核结构示意图．质子都带正电，质子与质子之间存在着库仑斥力，为什么3He还能稳定地存在？
　
[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．核力不仅在邻近核子间发生，在较远的核子间也存在核力
C．质子间、中子间、质子和中子之间都有核力
D．核力是一种弱相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多
【任务3】 探究二、结合能与比结合能(10min)
如图所示为原子核的比结合能示意图．
(1)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？
(2)比结合能的大小与原子核的稳定性有什么关系？
[例2](多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是(　　)
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
【任务3】 探究三、质能方程与核能的计算(5min)
如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线．试探究：
(1)由图可以看出哪一段的平均质量最小？这说明了什么？
(2)若A、B结合成C，D、E结合成F分别放出能量还是吸收能量？
达标检测(15min)
1. (多选)对于核力，以下说法正确的是(　　 )
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用的表现，是强力
C．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15 m时核力的变化规律更清楚
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．重核与中等质量的原子核相比较，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
3.下列有关质能方程的说法中，正确的是(　　)
A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化
B．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
C．核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D．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
4. 某核反应方程为H＋H→He＋X。已知H的质量为2.013 6 u，H的质量为3.018 0 u，He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u。则下列说法正确的是(　　)
A．X是质子，该反应释放能量
B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量
D．X是中子，该反应吸收能量
5. 一个锂核(Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.672 6×
10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg，光速c＝3×
108 m/s。
(1)写出上述核反应的方程；
(2)计算上述核反应释放的能量。
答案
课前预习
1．基本相互作用：基本相互作用。2．电磁相互作用。
3．核力(1)定义：核子(2)核力的特点①强相互作用②1.5×10－15__m
二、结合能和质量亏损
1．结合能和比结合能
(1)结合能：能量 (2)比结合能(平均结合能)：核子数 越大 中等大小
2．质量亏损(1) E＝mc2 (2)质量亏损：小于 (3)ΔE＝Δm·c2。
3．比结合能应用前景(1)最大 (2)释放
探究一提示：因为质子之间除了存在库仑斥力还存在核力．
[例1]　答案：AC
探究二．提示：(1)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上先增大后减小，中等大小核的比结合能最大．
(2)比结合能越大原子核越稳定．
[例2]答案：ABC
探究三提示：(1)由图看出原子序数Z较为中间的部分平均质量小，这说明原子序数Z较为中间的部分平均结合能大．
(2)若A、B结合成C则放出能量；D、E结合成F也是放出能量．
达标检测
[1] 答案　BC
解析　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15 m之内，核力比库仑力大得多，因此，选项B正确，A错误；核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力。且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，所以选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项D错误。
[2] 答案　D
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。
[3] 答案　B
解析　E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确；核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量突变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误．
[4] 答案　B
解析　根据核反应过程质量数、电荷数守恒，可得H＋H→He＋X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u。总质量减少，出现了质量亏损，故该反应释放能量。
[5] 答案　(1)Li＋H→2He　(2)2.691×10－12 J
解析　(1)该核反应方程为Li＋H→2He
(2)核反应的质量亏损Δm＝mLi＋mp－2mα
＝(11.650 5×10－27＋1.672 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝2.99×10－29 kg
释放的能量
ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2 J＝2.691×10－12 J.

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