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第3节　核力与核能
(分值:100分)
选择题1~10题,每小题8分,共80分。
对点题组练
题组一　核力与原子核的稳定性
1.关于原子核中质子和中子的说法,正确的是 (　　)
原子核中质子数和中子数一定相等
稳定的重原子核里,质子数比中子数多
原子核都是非常稳定的
由于核力的作用范围是有限的,核力具有饱和性,不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在
2.(多选)关于原子内的相互作用力,下列说法正确的是 (　　)
原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
中子和质子间的作用力主要是核力
质子与质子间的核力,在2.0×10-15 m的距离内远大于它们相互间的库仑力
原子核与电子之间的引力大于它们之间的电磁力
题组二　结合能与平均结合能
3.关于结合能、平均结合能,下列说法正确的是 (　　)
原子核的结合能越大,表示该原子核越稳定
质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损,释放出能量
平均结合能小的原子核结合成平均结合能大的原子核时一定吸收核能
U在中子轰击下生成Sr和Xe的过程可以释放大量能量,该反应后原子核核子的平均质量变大
4.(多选)钚的一种同位素衰变时释放巨大能量,如图所示,其衰变方程为+γ,则 (　　)
核反应中γ的能量就是的结合能
核燃料总是利用平均结合能小的核
该衰变过程是α衰变
题组三　质能方程与核能的计算
5.首次用实验验证“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是,已知mLi=
7.016 0 u,mH=1.007 8 u,mHe=4.002 6 u,则该核反应方程中的K值和质量亏损分别是 (　　)
1和4.021 2 u 1和2.005 6 u
2和0.018 6 u 2和1.997 0 u
6.(多选)静止的氘核吸收一个γ光子而被分解成一个中子和一个质子,已知氘核的结合能为E,γ光子的动量和能量均不能忽略,光速为c,关于此核反应,下列说法正确的是 (　　)
静止质量增加,增加量等于
静止质量减少,减少量大于
γ光子的能量等于E
γ光子的能量大于E
7.(2023·全国乙卷)2022年10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J 。假设释放的能量来自于物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s) (　　)
1019kg 1024kg
1029kg 1034kg
综合提升练
8.(多选)(2024·陕西渭南市期末)中子活化是指将样品用中子照射后,样品中的原子经中子俘获而变得具有放射性的过程。俘获中子后的原子核通常会立即衰变,释放出粒子同时生成新的活化产物。经中子照射后发生反应,最终生成Na并释放一粒子X,若和X的质量分别为1.008 7 u、23.985 0 u、23.991 0 u、1.007 8 u,1 u相当于931.5 MeV,下列说法正确的是 (　　)
9.(2024·辽宁大连高二期末)真空中静止的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知X核、Y核和α粒子的质量分别为mX、mY和mα,且 mY>mα,光速为 c,若释放的核能全部转化为Y核和α粒子的动能。则 (　　)
X核的中子数与Y核的中子数相同
该反应释放的核能为 (mX-mY)c2
Y核和α粒子的动量大小之比为 1∶1
Y核和α粒子的动能大小之比为1∶1
10.(多选)某恒星的质量为4.6×1032 kg,全部由氦核组成,通过核反应HeC+7.27 MeV把氦核转化为碳核,已知该恒星每秒产生的能量约为5.3×1030 J,每4 g氦含有的氦核的个数为6.02×1023个。下列说法正确的是 (　　)
核反应前后质量数减小
碳核的比结合能比氦核要大
每次核反应质量亏损约为1.3×10-35 kg
所有的氦转化为碳核大约需要1.6×108年
11.(10分)已知Be核的质量为14.960 7×10-27 kgH的质量为1.672 6×10-27 kg,n 的质量为1.674 9×10-27 kg,则:
(1)(5分)4个质子和5个中子结合为Be核,写出该核反应方程;
(2)(5分Be核的平均结合能是多少(结果保留2位有效数字)
培优加强练
12.(10分)(鲁科版教材P124节练习6改编)一个静止的铀核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Th(原子质量为228.028 7 u)(已知原子质量单位1 u=1.67×10-27 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量)。
(1)(3分)写出铀核的衰变反应方程;
(2)(3分)求出该衰变反应中释放出的核能;
(3)(4分)若释放的核能全部转化为新核和α粒子的动能,则α粒子的动能为多少
第3节　核力与核能
1.D　[质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A、B错误；原子核可以发生衰变，故C错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故D正确。]
2.AB　[原子核与电子之间的作用力主要是电磁力，中子和质子间的作用力主要是核力，A、B正确；核力与引力、电磁力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，原子核与电子之间的引力小于它们之间的电磁力，C、D错误。]
3.B　[原子核的平均结合能越大，表示该原子核越稳定，故A错误；质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程知，一定会释放能量，故B正确；平均结合能小的原子核结合成平均结合能大的原子核时会出现质量亏损，故一定会释放能量，故C错误；在中子轰击下生成Sr和的过程中，伴随有能量的释放，所以存在质量亏损，则核子的平均质量变小，故D错误。]
4.BD　[核反应中γ的能量是结合能中的一小部分，故A错误；核燃料在衰变过程中要释放巨大能量，所以总是要利用平均结合能小的核，才更容易实现，故B正确；U更稳定说明92U的比结合能大，故C错误；该反应产生He，故该衰变过程是α衰变，故D正确。]
5.C　[根据核反应的质量数和核电荷数守恒可知，K＝2；该核反应质量亏损Δm＝mLi＋ mH－ 2mHe＝0.018 6 u，故C正确。]
6.AD　[氘核分解成一个中子和一个质子，需要吸收能量，由E＝Δmc2，则静止质量增加，增加量等于，故A正确，B错误；氘核拆开需要的能量为结合能E，但静止的氘核吸收一个γ光子而被分解成一个中子和一个质子满足动量守恒，生成的中子和质子有动量，也有动能，则吸收的γ光子的能量必须大于E，故C错误，D正确。]
7.C　[根据质能方程E＝mc2可知，每秒钟平均减少的质量为Δm＝＝ kg＝kg，则每秒钟平均减少的质量量级为1029kg，故C正确。]
8.BD　[反应方程式为n＋Mg→Na＋H，A错误；由题意知，Mg俘获中子后，生成的Mg具有放射性，B正确；反应前后生成物质量变化为Δm＝23.991 0 u＋1.007 8 u－1.008 7 u－23.985 0 u＝0.005 1 u，说明生成物的质量增加0.005 1 u，C错误；生成物的质量增加，所以吸收的能量为E＝Δm×931.5 MeV＝4.750 65 MeV，D正确。]
9.C　[原子核X发生α衰变后变成新原子核Y，α粒子有两个质子和两个中子，所以，X核的中子数比Y核的中子数多2，A错误；质量亏损为Δm＝mX－mY－mα，该反应释放的核能为ΔE＝(mX－mY－mα)c2，B错误；根据动量守恒定律，Y核和α粒子的动量大小之比为 1∶1，C正确；根据Ek＝ 可知Y核和α粒子的动能大小之比＝，D错误。]
10.BD　[核反应过程质量数守恒，故A错误；核反应方程式中，生成物比反应物稳定，则碳核的比结合能比氦核要大，故B正确；根据E＝Δmc2，代入数据解得Δm＝＝ kg≈1.3×10－29 kg，故C错误；一年消耗的氦核数为n＝≈4.3×1050个，恒星中的氦核数为N＝×6.02×1023＝6.923×1058个，所有的氦转化为碳核所需的时间t＝≈1.6×108年，故D正确。]
11.(1)4H＋5n→Be　(2)6.5 MeV
解析　(1)根据核电荷数守恒和质量数守恒可得，该核反应方程为4H＋5n→Be。
(2)该核反应过程的质量亏损为Δm＝4×1.672 6×10－27 kg＋5×1.674 9×10－27 kg－14.960 7×10－27 kg＝0.104 2×10－27 kg
由爱因斯坦质能方程可知，Be核的结合能为
ΔE＝Δmc2＝0.104 2×10－27×(3×108)2 J＝0.937 8×10－11 J≈58.6 MeV
则Be核的平均结合能为E＝≈6.5 MeV。
12.(1)U→Th＋He　(2)5.495 9 MeV　(3)5.401 1 MeV
解析　(1)根据题意，由质量数守恒和核电荷数守恒可得，铀核的衰变反应方程为U→Th＋He。
(2)根据题意，由(1)中衰变方程可知，质量亏损为
Δm＝mU－mTh－mα＝0.005 9 u
根据爱因斯坦质能方程得，衰变反应中释放出的核能为
ΔE＝Δmc2≈5.495 9 MeV。
(3)根据题意可知，衰变过程动量守恒，则衰变后钍核和α粒子的动量大小相等，即pTh＝pα
又有动量和动能的关系Ek＝，又有ΔE＝EkTh＋Ekα，解得Ekα≈5.401 1 MeV。第3节　核力与核能
学习目标　1.知道核力的概念、特点。2.知道四种基本相互作用。3.理解结合能和平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。4.知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系。
知识点一　核力与核的稳定性、四种基本相互作用
如图为H和He的原子核结构示意图。
(1)质子都带正电，质子与质子之间存在着库仑斥力，为什么He还能稳定地存在？
(2)自然界中存在的元素是有限的，为什么质子与中子不能随意地组合从而形成无数不同的原子核？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.核力与核的稳定性
(1)核力：把原子核中的________维系在一起的力。
(2)核力特点：①核力是____________；②核力是一种____________。
(3)核素：具有一定__________和____________的原子核称为核素。
(4)核素图：用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种________用一小方块表示，所得到的图像称为核素图(如图)。
(5)核的稳定性
①核素的稳定区：稳定的核素几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线两侧的区域。
②稳定核素的中子数与质子数的关系：随着____________的增加，稳定核素的中子数越来越________质子数。
2.四种基本相互作用
(1)长程力：长程力包括________________和________________。
(2)短程力：短程力包括________________和________________。
【思考】
1.有人认为，原子核内核子距离很近，因此万有引力非常大，所以原子核非常稳定。请思考这一观点是否正确？为什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.为什么较重的原子核中，中子数往往大于质子数？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例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
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
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核力的特点
(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力，核子只与相邻的少数核子有较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
(3)核力与核子是否带电无关。　　
训练1 核子结合成原子核的下列说法中，正确的是(　　)
A.原子核内的核子间均存在核力
B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C.当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加
D.质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
知识点二　结合能与平均结合能
如图所示：图线表示原子核的平均结合能(比结合能)与原子核质量数的关系。问题探究：
(1)重的原子核，是不是平均结合能(比结合能)就一定大？
(2)平均结合能与结合能有什么关系？
(3)什么样的原子核更稳定？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.结合能
核子结合成____________所________的能量称为原子核的结合能。
2.质量亏损
(1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是________组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损。
(2)结合能的计算：由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，核子结合成原子核时，释放出的结合能是ΔE＝________。
3.原子核的质量单位
(1)原子核的质量通常会用原子质量单位u表示，1 u＝1.660 5×10－27 kg。
(2)质量亏损1 u释放____________的核能。
4.平均结合能
(1)定义：原子核的结合能与其____________之比称为该核的平均结合能，又称为比结合能。
(2)意义：平均结合能反映了原子核结合的____________或分裂的难易程度。平均结合能________，原子核越难分离成单个核子，原子核越稳定。
(3)重核的平均结合能比中等质量核的要________，轻核的平均结合能比稍重的核的要________。
【思考】 已知两个氘核发生如下的核反应：H＋H→He，根据下图的平均结合能曲线，你认为核反应的过程是放出能量还是吸收能量，为什么？如果一个重核(如U)可以分裂为两个中等质量的核，反应的过程是放出能量还是吸收能量？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　结合能与平均结合能的理解
例2 关于原子核的结合能和平均结合能，下列说法正确的是(　　)
A.组成原子核的核子越多，它的平均结合能越大
B.平均结合能越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C.核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量不同
D.原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开成单个核子，需要的能量就是原子核的结合能
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
总结提升　结合能与平均结合能
结合能 把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量
平均结合能 等于原子核的结合能与原子核中核子数的比值，它反映了原子核的稳定程度
平均结合能曲线　 不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示INCLUDEPICTURE"B214.tif" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\同步\\高二下\\2024（春）物理 选择性必修 第三册 鲁科版 教师用书（鲁琼闽贵）\\B214.tif" \* MERGEFORMATINET 从图中可看出，中等大小的核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等大小的核的平均结合能要小
角度2　利用平均结合能计算核能
例3 (多选)如图所示是原子核的平均结合能与质量数的关系图像，通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如O的核子平均结合能约为8 MeV，He的核子平均结合能约为7 MeV，根据该图像判断下列说法正确的是(　　)
A.随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能增大
B.Fe核最稳定
C.由图可知两个H核结合成He核会释放出能量
D.把O分成8个质子和8个中子比把O分成4个He要多提供约16 MeV的能量
听课笔记　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
训练2 (2024·江苏南通市期末)已知中子的质量为mn，质子的质量为mp，氦核(He)的质量为m，则氦核的平均结合能为(　　)
A. B.
C. D.
角度3　利用质量亏损计算核能
例4 (2024·江苏苏州市期末)用质子轰击静止的锂核Li生成2个α粒子。已知质子质量mp＝1.007 8 u，α粒子的质量Mα＝4.002 6 u，锂核质量MLi＝7.016 0 u，质子的初动能是E1＝0.6 MeV。试回答下列问题(1 u＝931 MeV)
(1)写出核反应方程式；
(2)核反应前后发生的静止质量的质量亏损ΔM；
(3)核反应中释放出的能量ΔE；
(4)核反应释放的能量全部用来增加了两个α粒子的动能，则核反应后两个粒子具有总动能是多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
INCLUDEPICTURE"总结提升.tif" INCLUDEPICTURE "总结提升.tif" \* MERGEFORMAT
核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm，再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)。
(2)利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数，核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。　　
随堂对点自测
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(核力的特点)关于核力，下列说法正确的是(　　)
A.核力的作用范围只有约10－15 m
B.核力本质上属于电磁相互作用
C.中子和中子之间不会有核力作用
D.核力减小是发生β衰变的原因
2.(结合能与平均结合能)关于原子核的结合能和平均结合能，下列说法正确的是(　　)
A.原子核的平均结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
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.原子核的核子越多，则平均结合能越大
D.平均结合能越大，原子核越不稳定
3.(核能的计算)我国首辆火星车“祝融号”采用放射性材料PuO2作为发电能源。PuO2中的元素Pu具有放射性，会发生α衰变，已知Pu的质量为m1，新核X的质量为m2，氦核的质量为m3，下列说法中正确的是(　　)
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A.Pu衰变的核反应方程为Pu→X＋He
B.放出的核能为(m1－m2)c2
C.放出的α射线可以穿透钢板
D.Pu的平均结合能小于新核的平均结合能
4.(核能的计算)(2024·河南南阳高二期末)一个铀核(92U)衰变为钍核(Th)时释放一个α粒子。已知铀核的质量为3.85 313×10－25kg，钍核的质量为3.786 57×10－25kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27kg，光在真空中的速度为3×108m/s。
(1)写出这个衰变过程的衰变方程；
(2)在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳(结果保留3位有效数字)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
第3节　核力与核能
知识点一
导学
提示　(1)核子之间还存在着核力作用。
(2)当核子增多时，原子核增大，核子间的距离也增大，当距离较大时，一些核子间可能就没有核力的作用了，这样形成的核不稳定，最终会瓦解。因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核。
知识梳理
1.(1)核子　(2)①短程力　②强相互作用　(3)质子数　中子数　(4)核素　(5)②质子数　大于
2.(1)引力相互作用　电磁相互作用　(2)强相互作用　弱相互作用
[思考] 1.提示　观点错误；虽然原子核内核子距离很近，但其质量很小，则万有引力非常小，不是原子核稳定存在的原因；原子核是靠核子间的核力作用稳定存在的，核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m，只存在于相邻的核子之间。
2.提示　较轻的原子核，核子中，质子和质子间的核力远远大于斥力，这时组成原子核的中子和质子数目相当；而较重的原子核，由于质子与质子间的核力明显减弱，而斥力相对较大，不容易结合到原子核上，这时候，不带电的中子，依靠核力，可以继续增加，所以中子数目相对较多。
例1 BC　[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，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，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，选项D错误。]
训练1 D　[由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确。]
知识点二
导学
提示　(1)不是，组成原子核的核子越多，它的平均结合能并不是越高。
(2)平均结合能(比结合能)等于原子核的结合能与原子核中核子个数(质量数)的比值。
(3)平均结合能越大的原子核，其核子结合得越牢固，也越稳定。
知识梳理
1.原子核　释放
2.(1)小于　(2)Δmc2
3.(2)931.5 MeV
4.(1)质量数　(2)稳定程度　越大　(3)小　小
[思考] 提示　由平均结合能曲线可知H的平均结合能为1 MeV，而一个He的平均结合能为7.0 MeV，即2个H结合成一个He时能够放出24 MeV的能量。一个重核(如U)可以分裂为两个中等质量的核，重核的平均结合能小于两个中等质量核的平均结合能，所以反应放出能量。
例2 D　[组成原子核的核子越多，它的结合能越大，平均结合能未必越大，A错误；平均结合能越大，原子核越稳定，B错误；核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量相同，C错误；根据结合能定义可知，原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开成单个核子，需要的能量就是原子核的结合能，D正确。]
例3 BC　[由图可知随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减小，A错误；Fe核的平均结合能最大，是最稳定的，B正确；两个平均结合能小的H结合成平均结合能大的He时，会释放出能量，C正确；把O分成质子和中子需要提供的能量约为ΔE1＝16×8 MeV＝128 MeV，将质子和中子结合成一个He所放出的能量约为ΔE2＝4×7 MeV＝28 MeV，则将O分成4个He需要提供的能量约为ΔE＝ΔE1－4ΔE2＝128 MeV－4×28 MeV＝16 MeV，故要多提供约(128－16)MeV＝112 MeV的能量，D错误。]
训练2 A　[由题可知，氦核由两个质子与一个中子结合而成，且核子结合过程中会释放能量，即产生质量亏损。因此根据爱因斯坦的质能方程可求得结合能ΔE＝(mn＋2mp－m)c2，平均结合能即为E＝＝，故A正确。]
例4 (1)Li＋H→2He　(2)0.018 6 u
(3)17.316 6 MeV　(4)17.916 6 MeV
解析　(1)根据质量数和电荷数守恒可知该反应的核反应方程式为Li＋H→2He。
(2)核反应前后的质量亏损Δm＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 6 u。
(3)核反应中释放的能量
ΔE＝Δmc2＝17.316 6 MeV。
(4)具有的总动能是Ek＝ΔE＋E1＝17.916 6 MeV。
随堂对点自测
1.A　[核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约10－15 m，选项A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，选项B错误；核力存在于核子之间，质子与质子，质子与中子，中子与中子之间均存在核力，选项C错误；弱相互作用才是引起β衰变的原因，选项D错误。]
2.B　[根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以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，原子核的平均结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；原子核的核子越多，则结合能越大，但平均结合能不一定越大，故C错误；平均结合能越大，原子核越稳定，故D错误。]
3.D　[Pu衰变的核反应方程为Pu→X＋He，A错误；放出的核能为(m1－m2－m3)c2，B错误；α射线穿透性很弱，不能穿透钢板，C错误；由于Pu放射可产生新核X，所以Pu的平均结合能小于新核的平均结合能，D正确。]
4.(1)U→Th＋He　(2)8.35×10－13J
解析　(1)根据电荷数守恒和质量数守恒写出衰变方程为
U→Th＋He。
(2)衰变前后亏损的质量为
Δm ＝ mU－mTh－mα ＝ 0.000 092 8×10－25kg
c＝3.0×108m/s
释放的能量为ΔE＝8.35×10－13J。(共58张PPT)
第3节　核力与核能
第5章 原子核与核能
1.知道核力的概念、特点。2.知道四种基本相互作用。3.理解结合能和平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。4.知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系。
学习目标
目 录
CONTENTS
知识点
01
随堂对点自测
02
课后巩固训练
03
知识点
1
知识点二　结合能与平均结合能
知识点一　核力与核的稳定性、四种基本相互作用
知识点一　核力与核的稳定性、四种基本相互作用
1.核力与核的稳定性
(1)核力：把原子核中的______维系在一起的力。
(2)核力特点：①核力是________；②核力是一种____________。
(3)核素：具有一定________和________的原子核称为核素。
核子
短程力
强相互作用
质子数
中子数
(4)核素图：用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种______用一小方块表示，所得到的图像称为核素图(如图)。
核素
(5)核的稳定性
①核素的稳定区：稳定的核素几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线两侧的区域。
②稳定核素的中子数与质子数的关系：随着________的增加，稳定核素的中子数越来越______质子数。
2.四种基本相互作用
(1)长程力：长程力包括______________和______________。
(2)短程力：短程力包括____________和____________。
质子数
大于
引力相互作用
电磁相互作用
强相互作用
弱相互作用
【思考】
1.有人认为，原子核内核子距离很近，因此万有引力非常大，所以原子核非常稳定。请思考这一观点是否正确？为什么？
提示　观点错误；虽然原子核内核子距离很近，但其质量很小，则万有引力非常小，不是原子核稳定存在的原因；原子核是靠核子间的核力作用稳定存在的，核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m，只存在于相邻的核子之间。
2.为什么较重的原子核中，中子数往往大于质子数？
提示　较轻的原子核，核子中，质子和质子间的核力远远大于斥力，这时组成原子核的中子和质子数目相当；而较重的原子核，由于质子与质子间的核力明显减弱，而斥力相对较大，不容易结合到原子核上，这时候，不带电的中子，依靠核力，可以继续增加，所以中子数目相对较多。
BC
例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
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，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，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，选项D错误。
核力的特点
(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。
(2)核力是短程力，核子只与相邻的少数核子有较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。
(3)核力与核子是否带电无关。
D
训练1 核子结合成原子核的下列说法中，正确的是(　　)
A.原子核内的核子间均存在核力
B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C.当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间势能一定增加
D.质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
解析　由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，与核子是否带电无关，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m时，核力表现为引力，在此过程中核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C错误；质子数较多的原子核由于只有相邻的核子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确。
知识点二　结合能与平均结合能
如图所示：图线表示原子核的平均结合能(比结合能)与原子核质量数的关系。问题探究：
(1)重的原子核，是不是平均结合能(比结合能)就一定大？
(2)平均结合能与结合能有什么关系？
(3)什么样的原子核更稳定？
提示　(1)不是，组成原子核的核子越多，它的平均结合能并不是越高。
(2)平均结合能(比结合能)等于原子核的结合能与原子核中核子个数(质量数)的比值。
(3)平均结合能越大的原子核，其核子结合得越牢固，也越稳定。
1.结合能
核子结合成________所______的能量称为原子核的结合能。
2.质量亏损
(1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是______组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损。
(2)结合能的计算：由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，核子结合成原子核时，释放出的结合能是ΔE＝__________。
原子核
释放
小于
Δmc2
3.原子核的质量单位
(1)原子核的质量通常会用原子质量单位u表示，1 u＝1.660 5×10－27 kg。
(2)质量亏损1 u释放____________的核能。
4.平均结合能
(1)定义：原子核的结合能与其________之比称为该核的平均结合能，又称为比结合能。
(2)意义：平均结合能反映了原子核结合的__________或分裂的难易程度。平均结合能______，原子核越难分离成单个核子，原子核越稳定。
(3)重核的平均结合能比中等质量核的要____，轻核的平均结合能比稍重的核的要____。
931.5 MeV
质量数
稳定程度
越大
小
小
角度1　结合能与平均结合能的理解
例2 关于原子核的结合能和平均结合能，下列说法正确的是(　　)
A.组成原子核的核子越多，它的平均结合能越大
B.平均结合能越小，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定
C.核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量不同
D.原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开成单个核子，需要的能量就是原子核的结合能
D
解析　组成原子核的核子越多，它的结合能越大，平均结合能未必越大，A错误；平均结合能越大，原子核越稳定，B错误；核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量相同，C错误；根据结合能定义可知，原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开成单个核子，需要的能量就是原子核的结合能，D正确。
总结提升　结合能与平均结合能
结合能 把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量
平均结合能 等于原子核的结合能与原子核中核子数的比值，它反映了原子核的稳定程度
平均结合能曲线　 不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示
从图中可看出，中等大小的核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等大小的核的平均结合能要小
BC
角度2　利用平均结合能计算核能
A
角度3　利用质量亏损计算核能
核能的计算方法
(1)根据质量亏损计算
根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm，再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)。
(2)利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数，核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。
随堂对点自测
2
A
1.(核力的特点)关于核力，下列说法正确的是(　　)
A.核力的作用范围只有约10－15 m
B.核力本质上属于电磁相互作用
C.中子和中子之间不会有核力作用
D.核力减小是发生β衰变的原因
解析　核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约10－15 m，选项A正确；核力属于强相互作用，不属于电磁相互作用，选项B错误；核力存在于核子之间，质子与质子，质子与中子，中子与中子之间均存在核力，选项C错误；弱相互作用才是引起β衰变的原因，选项D错误。
B
2.(结合能与平均结合能)关于原子核的结合能和平均结合能，下列说法正确的是(　　)
A.原子核的平均结合能等于使其完全分解成自由核子所需要的能量
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.原子核的核子越多，则平均结合能越大
D.平均结合能越大，原子核越不稳定
解析　根据结合能的定义可知，分散的核子组成原子核时放出的能量叫做原子核结合能，所以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，原子核的平均结合能等于结合能除以核子数，指平均分解出一个自由核子所需要提供的能量，故A错误；重核衰变时释放能量，衰变产物的结合能之和大于原来重核的结合能，故B正确；原子核的核子越多，则结合能越大，但平均结合能不一定越大，故C错误；平均结合能越大，原子核越稳定，故D错误。
D
课后巩固训练
3
D
题组一　核力与原子核的稳定性
1.关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(　　)
A.原子核中质子数和中子数一定相等
B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C.原子核都是非常稳定的
D.由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在
对点题组练
解析　质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A、B错误；原子核可以发生衰变，故C错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故D正确。
AB
2.(多选)关于原子内的相互作用力，下列说法正确的是(　　)
A.原子核与电子之间的作用力主要是电磁力
B.中子和质子间的作用力主要是核力
C.质子与质子间的核力，在2.0×10－15 m的距离内远大于它们相互间的库仑力
D.原子核与电子之间的引力大于它们之间的电磁力
解析　原子核与电子之间的作用力主要是电磁力，中子和质子间的作用力主要是核力，A、B正确；核力与引力、电磁力的性质不同，核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内，原子核与电子之间的引力小于它们之间的电磁力，C、D错误。
B
题组二　结合能与平均结合能
3.关于结合能、平均结合能，下列说法正确的是(　　)
A.原子核的结合能越大，表示该原子核越稳定
B.质子和中子结合成新原子核一定有质量亏损，释放出能量
C.平均结合能小的原子核结合成平均结合能大的原子核时一定吸收核能
BD
C
题组三　质能方程与核能的计算
A.1和4.021 2 u B.1和2.005 6 u
C.2和0.018 6 u D.2和1.997 0 u
解析　根据核反应的质量数和核电荷数守恒可知，K＝2；该核反应质量亏损
Δm＝mLi＋ mH－ 2mHe＝0.018 6 u，故C正确。
AD
6.(多选)静止的氘核吸收一个γ光子而被分解成一个中子和一个质子，已知氘核的结合能为E，γ光子的动量和能量均不能忽略，光速为c，关于此核反应，下列说法正确的是(　　)
C
7.(2023·全国乙卷)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J 。假设释放的能量来自于物质质量的减少，则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s)(　　)
A. 1019kg B.1024kg C.1029kg D.1034kg
BD
综合提升练
C
9.(2024·辽宁大连高二期末)真空中静止的原子核X发生α衰变后变成新原子核Y。已知X核、Y核和α粒子的质量分别为mX、mY和mα，且 mY>mα，光速为 c，若释放的核能全部转化为Y核和α粒子的动能。则(　　)
A.X核的中子数与Y核的中子数相同
B.该反应释放的核能为 (mX－mY)c2
C.Y核和α粒子的动量大小之比为 1∶1
D.Y核和α粒子的动能大小之比为1∶1
BD
培优加强练

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