資源簡介

5.3核力與結(jié)合能
一學(xué)科核心素養(yǎng)
物理觀念∶了解四種基本相互作用與核力的特點，理解結(jié)合能、比結(jié)合能和質(zhì)量虧損的基本觀念和相關(guān)實驗。
科學(xué)思維∶理解引力作用是天體間的力（比較顯著），電磁相互作用的表現(xiàn)在分子級別上，強相互作用在原子核，弱相互作用又比原子核小很多的級別上。
科學(xué)探究：通過教材上的科學(xué)推理，掌握其實質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)推理的能力。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶學(xué)習(xí)科學(xué)家們嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，堅持實事求是，培養(yǎng)學(xué)習(xí)、探索科學(xué)的興趣和責(zé)任。
二學(xué)習(xí)重難點
重點：結(jié)合能和比結(jié)合能、質(zhì)量虧損。
難點：結(jié)合能和比結(jié)合能。
三課前預(yù)習(xí)
1．核力與四種基本相互作用
(1)核力：原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用，即存在一種核力，它使得核子緊密地結(jié)合在一起，形成穩(wěn)定的原子核。這種作用稱為___________。
(2)強相互作用的特點
①強相互作用是短程力，作用范圍只有約___________m。
②距離增大時，強相互作用急劇___________。超過10－15m，相互作用不存在。
(3)弱相互作用
①弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子—質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。
②弱相互作用是___________力，其力程只有___________m。
(4)四種基本相互作用
2．強相互作用的特點
（1）強相互作用是_________力，作用范圍只有約_________m。
（2）距離增大時，強相互作用急劇________。超過10-15 m，相互作用不存在。
3．在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出，中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實驗中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中的核反應(yīng)，間接地證實了中微子的存在。
（1）中微子與水中的發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子（）和正電子（），即中微子，可以判定中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是( )
A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1
（2）上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子（γ），即。已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10-31kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為___________J（保留2位有效數(shù)字）。
4．靜止的硼核（）吸收一個慢中子（速度可忽略）后，轉(zhuǎn)變成鋰核（）并放出一個新粒子，則該過程的核反應(yīng)方程為______________，已知新粒子的動能為1.8MeV，則鋰核的動能為________MeV.（計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字）
5．結(jié)合能
（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，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能．
（2）比結(jié)合能
原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比，叫作比結(jié)合能，也叫作平均結(jié)合能．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越___________，原子核越___________。中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定．
6．我國科學(xué)家因中微子項目研究獲得2016年基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎。中微子是一種靜止質(zhì)量很小的不帶電粒子，科學(xué)家在1953年找到了中微子存在的直接證據(jù)：把含氫物質(zhì)置于預(yù)計有很強反中微子流（反中微子用表示）的反應(yīng)堆內(nèi)，將會發(fā)生如下反應(yīng)：＋H→n＋e，實驗找到了與此反應(yīng)相符的中子和正電子。
（1）若反中微子的能量是E0，則反中微子的質(zhì)量＝________，該物質(zhì)波的頻率＝________。（普朗克常量為h，真空中光速為c）
（2）在＋H→n＋e反應(yīng)過程中，
①若質(zhì)子認為是靜止的，測得正電子的動量為p1，中子的動量為p2，p1、p2方向相同，求反中微子的動量p=_______；
②若質(zhì)子的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，電子的質(zhì)量為m3，m2＞m1。要實現(xiàn)上述反應(yīng)，反中微子的能量至少是______。（真空中光速為c）
7．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。
8．（1）太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應(yīng)，這種核反應(yīng)釋放出的能量就是太陽能的能源其核反應(yīng)方程是_______；若，，.則該反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損是_______u；如果1u相當于931.5MeV能量，則該反應(yīng)中釋放的能量是_______MeV.由于核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，太陽的質(zhì)量緩慢減少，與現(xiàn)在相比，在很久很久以前，地球公轉(zhuǎn)的周期______（填“較長”“較短”或“沒有變化”）.
（2）利用光電轉(zhuǎn)換裝置可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能.若地球附近某太空站上的太陽能電池接收板的面積是，光電轉(zhuǎn)化效率為.已知太陽輻射的總功率為，太陽輻射穿過太空的能量損失忽略不計，光速為，太陽光射到地球上經(jīng)歷的時間是.試求該太陽能電池能夠輸出的最大電功率______
試卷第1頁，共3頁
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四自我檢測
1．一個原子核經(jīng)圖中所示的一系列、衰變后，生成穩(wěn)定的原子核，則下列說法錯誤的是（　　）
A．可推知的比結(jié)合能比大
B．可推知該過程中將釋放能量
C．可推知共發(fā)生了幾次衰變
D．可推知共發(fā)生了幾次衰變
2．首次用實驗驗證“愛因斯坦質(zhì)能方程”的核反應(yīng)方程是LiH→He，已知mLi=7.016 0 u，mH=1.0078u，mHe=4.002 6 u，則該核反應(yīng)方程中的K值和質(zhì)量虧損分別是（　?。?br/>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
3．中子n、質(zhì)子p、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD?，F(xiàn)用能量為E的γ射線照射靜止的氘核使之分解，反應(yīng)方程為，若分解后的中子、質(zhì)子的動能可視為相等，則中子的動能是（　　）
A．
B．
C．
D．
4．2021年4月13日日本政府宣布將向太平洋傾倒逾125萬噸福島核電站內(nèi)儲存的核污水，消息一出，舉世嘩然。福島核電站的裂變材料是鈾235，核廢水中含有大量的氚以及鋇141、氪92、鍶90、鈷60、碘129、釕106等放射性核素。其中鈾235的半衰期大約為12.5年，其衰變方程為，下列觀點正確的是（　　）
A．衰變中產(chǎn)生的粒子X本質(zhì)上是氦原子
B．鈾235衰變后核子的總質(zhì)量相比衰變前減少
C．衰變過程中釋放核能，鈾235的比結(jié)合能大于釷231的比結(jié)合能
D．如果日本政府在12.5年后再排放經(jīng)過處理的核污水將不會對環(huán)境產(chǎn)生影響
5．2021年3月，考古學(xué)家利用技術(shù)測定了三星堆遺址四號“祭祀坑”距今約3200年至3000年，年代區(qū)間屬于商代晚期。已知的半衰期為8267年，其衰變方程為→+，則下列判斷正確的是（　?。?br/>A．四個經(jīng)過8267年一定還剩余兩個
B．的比結(jié)合能一定大于
C．β衰變的本質(zhì)是核內(nèi)一個質(zhì)子轉(zhuǎn)化中子和電子
D．β衰變過程滿足動量守恒，不滿足能量守恒
6．原子核的比結(jié)合能與核子數(shù)的關(guān)系如圖，由此可知（　?。?br/>A．較重的原子核，如鈾核（U），因為它的核子多，核力大，所以結(jié)合得堅固而穩(wěn)定
B．較輕的原子核，如鋰核（Li），因為它的核子只有6個，比鈾核簡單，因而比鈾核結(jié)合得更穩(wěn)定
C．核反應(yīng)過程是比結(jié)合能增大的過程
D．原子核A和B結(jié)合成C，原子核F分裂成E和D，都會釋放核能
7．隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，核技術(shù)日益成熟，“核電池”也在很多領(lǐng)域得到應(yīng)用，“核電池”又稱“放射性同位素電池”，是利用衰變放出的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芏瞥伞？茖W(xué)家利用衰變反應(yīng)制成核電池。已知的半衰期約為2.6年，、原子核及X粒子的質(zhì)量分別為，則下列說法正確的是（　　）
A．該衰變反應(yīng)是α衰變
B．5.2年后所有原子核均已發(fā)生衰變
C．的比結(jié)合能一定小于的比結(jié)合能
D．一定等于
8．一個氘核和一個氚核結(jié)合成一個氦核，同時放出一個中子，其聚變反應(yīng)方程為。已知氘核、氚核和氦核的結(jié)合能分別為E1、E2、E3，光在真空中的傳播速度為c。在上述聚變反應(yīng)方程中質(zhì)量虧損為（　　）
A． B．
C． D．
9．關(guān)于原子核中質(zhì)子和中子的說法正確的是（　?。?br/>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)多
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
10．2020年10月20日消息，好奇號火星車又有新發(fā)現(xiàn)：火星也曾有“綠洲”，或有生命存在，好奇號火星是首輛使用核能提供能量的火星車，它的核能電池系統(tǒng)主要包括兩個組成部分：一個裝填钚（Pu）二氧化物的熱源和一組固體熱電偶，將钚238產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能，這一系統(tǒng)設(shè)計使用壽命為14年，钚238的半衰期為88年，原來靜止的一個钚238衰變時放出α射線和γ光子，生成原子核X，已知钚238，α粒子、X的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c，下列說法正確的是（　?。?br/>A．X的中子數(shù)為142
B．钚238放在高壓容器里，其半衰期可能變?yōu)?0年
C．該核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m2+m3﹣m1
D．γ光子的波長大于
參考答案：
三課前預(yù)習(xí)
1． 強相互作用 10-15 減小 短程 10－18
2． 短程 10-15 減小
3． A 8.2×10-14
4． 1.03
5． 牢固 穩(wěn)定
6． p1+p2 (m2+m3-m1)c2
7．小于
8． 0.0255 23.75 較短
四自我檢測
1．A
2．C
3．B
4．B
5．B
6．D
7．C
8．B
9．D
10．D
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