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5.3核力與結合能
【學習目標】(2min)
1.知道四種基本相互作用及核力的概念、特點．
2．理解結合能和比結合能的概念．
3．知道質量虧損，理解愛因斯坦質能方程并能進行有關核能的計算.
【任務1】 課前預習（10min）
一、核力與四種基本相互作用
1．基本相互作用：17世紀下半葉，牛頓發現了萬有引力，引力是自然界的一種 。
2．19世紀后，人們認識到電荷間的相互作用，磁體間的相互作用，從本質上說是同一種相互作用的不同表現，稱為 。
3．核力(1)定義：原子核內 之間的相互作用力。
(2)核力的特點①核力是 的一種表現，在原子核內，核力比庫侖力大得多。
②核力是短程力，作用范圍在 之內。
4．四種基本相互作用
二、結合能和質量虧損
1．結合能：原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開也需要 ，這就是原子核的結合能。
2．比結合能(平均結合能)：原子核的結合能與 之比稱為比結合能。比結合能 ，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定， 的核的比結合能最大、最穩定。
3．質量虧損(1)愛因斯坦質能方程 。
(2)質量虧損：原子核的質量 組成它的核子的質量之和的現象。
(3)核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δm，與它們在互相結合過程中放出的能量ΔE的關系是 。
4．比結合能應用前景(1)中等大小的核的比結合能 ，這些核最穩定。
(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 新的結合能。
【任務2】 探究一、核力與四種基本相互作用(5min)
如圖所示為3H和3He的原子核結構示意圖．質子都帶正電，質子與質子之間存在著庫侖斥力，為什么3He還能穩定地存在？
　
[例1]　(多選)下列說法正確的是(　　)
A．核力是短程力，作用范圍很小，只在鄰近核子間發生
B．核力不僅在鄰近核子間發生，在較遠的核子間也存在核力
C．質子間、中子間、質子和中子之間都有核力
D．核力是一種弱相互作用力，在其作用范圍內，核力比庫侖力大得多
【任務3】 探究二、結合能與比結合能(10min)
如圖所示為原子核的比結合能示意圖．
(1)隨著質量數的增加，比結合能曲線整體上有什么變化規律？
(2)比結合能的大小與原子核的穩定性有什么關系？
[例2](多選)關于原子核的結合能，下列說法正確的是(　　)
A．原子核的結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粒子和另一原子核，衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能
C．銫原子核(Cs)的結合能小于鉛原子核(Pb)的結合能
D．比結合能越大，原子核越不穩定
【任務3】 探究三、質能方程與核能的計算(5min)
如圖所示是描述原子核核子的平均質量與原子序數Z的關系曲線．試探究：
(1)由圖可以看出哪一段的平均質量最小？這說明了什么？
(2)若A、B結合成C，D、E結合成F分別放出能量還是吸收能量？
達標檢測(15min)
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，是強力
C．核子之間的距離小于0.8×10－15 m時，核力表現為斥力，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0.8×10－15 m時核力的變化規律更清楚
2.下列關于結合能和比結合能的說法正確的是(　　)
A．核子結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合能
B．比結合能越大的原子核越穩定，因此它的結合能也一定越大
C．重核與中等質量的原子核相比較，重核的結合能和比結合能都大
D．中等質量原子核的結合能和比結合能均比輕核的要大
3.下列有關質能方程的說法中，正確的是(　　)
A．愛因斯坦質能方程反映了物體的質量就是能量，它們之間可以相互轉化
B．由E＝mc2可知，能量與質量之間存在著正比關系，可以用物體的質量作為它所蘊藏的能量的量度
C．核反應中發生的“質量虧損”是消失的質量轉變為能量
D．因為在核反應中產生能量，有質量的轉化，所以系統只有質量數守恒、系統的總能量和總質量并不守恒
4. 某核反應方程為H＋H→He＋X。已知H的質量為2.013 6 u，H的質量為3.018 0 u，He的質量為4.002 6 u，X的質量為1.008 7 u。則下列說法正確的是(　　)
A．X是質子，該反應釋放能量
B．X是中子，該反應釋放能量
C．X是質子，該反應吸收能量
D．X是中子，該反應吸收能量
5. 一個鋰核(Li)受到一個質子的轟擊，變成兩個α粒子．已知質子的質量是1.672 6×
10－27 kg，鋰核的質量是11.650 5×10－27 kg，氦核的質量是6.646 6×10－27 kg，光速c＝3×
108 m/s。
(1)寫出上述核反應的方程；
(2)計算上述核反應釋放的能量。
答案
課前預習
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、結合能和質量虧損
1．結合能和比結合能
(1)結合能：能量 (2)比結合能(平均結合能)：核子數 越大 中等大小
2．質量虧損(1) E＝mc2 (2)質量虧損：小于 (3)ΔE＝Δm·c2。
3．比結合能應用前景(1)最大 (2)釋放
探究一提示：因為質子之間除了存在庫侖斥力還存在核力．
[例1]　答案：AC
探究二．提示：(1)隨著質量數的增加，比結合能曲線整體上先增大后減小，中等大小核的比結合能最大．
(2)比結合能越大原子核越穩定．
[例2]答案：ABC
探究三提示：(1)由圖看出原子序數Z較為中間的部分平均質量小，這說明原子序數Z較為中間的部分平均結合能大．
(2)若A、B結合成C則放出能量；D、E結合成F也是放出能量．
達標檢測
[1] 答案　BC
解析　核力是強相互作用的一種表現，它的作用范圍在1.5×10－15 m之內，核力比庫侖力大得多，因此，選項B正確，A錯誤；核力在大于0.8×10－15 m時表現為吸引力。且隨距離增大而減小；在距離小于0.8×10－15 m時，核力表現為斥力，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，這是科學家們奮力攻克的堡壘，故選項D錯誤。
[2] 答案　D
解析　核子結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；比結合能越大的原子核越穩定，但比結合能越大的原子核，其結合能不一定大，例如中等質量原子核的比結合能比重核大，但由于核子數比重核少，其結合能比重核小，選項B、C錯誤；中等質量原子核的比結合能比輕核的大，它的核子數又比輕核多，因此它的結合能也比輕核大，選項D正確。
[3] 答案　B
解析　E＝mc2說明能量和質量之間存在著聯系，即能量與質量之間存在著正比關系，但并不說明能量和質量之間存在相互轉化的關系，故A項錯誤，B項正確；核反應中發生的“質量虧損”并不是質量消失，實際上是由靜止的質量突變成運動的質量，并不是質量轉變成能量，故C項錯誤；在核反應中，質量守恒，能量也守恒，在核反應前后只是能量的存在方式不同，總能量不變，只是物質由靜質量變成動質量，故D項錯誤．
[4] 答案　B
解析　根據核反應過程質量數、電荷數守恒，可得H＋H→He＋X，X為中子，在該反應發生前反應物的總質量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反應后產物總質量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u。總質量減少，出現了質量虧損，故該反應釋放能量。
[5] 答案　(1)Li＋H→2He　(2)2.691×10－12 J
解析　(1)該核反應方程為Li＋H→2He
(2)核反應的質量虧損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
釋放的能量
ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2 J＝2.691×10－12 J.

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