資源簡介

第3節　核力與核能
(分值:100分)
選擇題1~10題,每小題8分,共80分。
對點題組練
題組一　核力與原子核的穩定性
1.關于原子核中質子和中子的說法,正確的是 (　　)
原子核中質子數和中子數一定相等
穩定的重原子核里,質子數比中子數多
原子核都是非常穩定的
由于核力的作用范圍是有限的,核力具有飽和性,不可能無節制地增大原子核而仍穩定存在
2.(多選)關于原子內的相互作用力,下列說法正確的是 (　　)
原子核與電子之間的作用力主要是電磁力
中子和質子間的作用力主要是核力
質子與質子間的核力,在2.0×10-15 m的距離內遠大于它們相互間的庫侖力
原子核與電子之間的引力大于它們之間的電磁力
題組二　結合能與平均結合能
3.關于結合能、平均結合能,下列說法正確的是 (　　)
原子核的結合能越大,表示該原子核越穩定
質子和中子結合成新原子核一定有質量虧損,釋放出能量
平均結合能小的原子核結合成平均結合能大的原子核時一定吸收核能
U在中子轟擊下生成Sr和Xe的過程可以釋放大量能量,該反應后原子核核子的平均質量變大
4.(多選)钚的一種同位素衰變時釋放巨大能量,如圖所示,其衰變方程為+γ,則 (　　)
核反應中γ的能量就是的結合能
核燃料總是利用平均結合能小的核
該衰變過程是α衰變
題組三　質能方程與核能的計算
5.首次用實驗驗證“愛因斯坦質能方程”的核反應方程是,已知mLi=
7.016 0 u,mH=1.007 8 u,mHe=4.002 6 u,則該核反應方程中的K值和質量虧損分別是 (　　)
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.(多選)靜止的氘核吸收一個γ光子而被分解成一個中子和一個質子,已知氘核的結合能為E,γ光子的動量和能量均不能忽略,光速為c,關于此核反應,下列說法正確的是 (　　)
靜止質量增加,增加量等于
靜止質量減少,減少量大于
γ光子的能量等于E
γ光子的能量大于E
7.(2023·全國乙卷)2022年10月,全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴,其中我國的“慧眼”衛星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結果推斷,該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048J 。假設釋放的能量來自于物質質量的減少,則每秒鐘平均減少的質量量級為(光速為3×108m/s) (　　)
1019kg 1024kg
1029kg 1034kg
綜合提升練
8.(多選)(2024·陜西渭南市期末)中子活化是指將樣品用中子照射后,樣品中的原子經中子俘獲而變得具有放射性的過程。俘獲中子后的原子核通常會立即衰變,釋放出粒子同時生成新的活化產物。經中子照射后發生反應,最終生成Na并釋放一粒子X,若和X的質量分別為1.008 7 u、23.985 0 u、23.991 0 u、1.007 8 u,1 u相當于931.5 MeV,下列說法正確的是 (　　)
9.(2024·遼寧大連高二期末)真空中靜止的原子核X發生α衰變后變成新原子核Y。已知X核、Y核和α粒子的質量分別為mX、mY和mα,且 mY>mα,光速為 c,若釋放的核能全部轉化為Y核和α粒子的動能。則 (　　)
X核的中子數與Y核的中子數相同
該反應釋放的核能為 (mX-mY)c2
Y核和α粒子的動量大小之比為 1∶1
Y核和α粒子的動能大小之比為1∶1
10.(多選)某恒星的質量為4.6×1032 kg,全部由氦核組成,通過核反應HeC+7.27 MeV把氦核轉化為碳核,已知該恒星每秒產生的能量約為5.3×1030 J,每4 g氦含有的氦核的個數為6.02×1023個。下列說法正確的是 (　　)
核反應前后質量數減小
碳核的比結合能比氦核要大
每次核反應質量虧損約為1.3×10-35 kg
所有的氦轉化為碳核大約需要1.6×108年
11.(10分)已知Be核的質量為14.960 7×10-27 kgH的質量為1.672 6×10-27 kg,n 的質量為1.674 9×10-27 kg,則:
(1)(5分)4個質子和5個中子結合為Be核,寫出該核反應方程;
(2)(5分Be核的平均結合能是多少(結果保留2位有效數字)
培優加強練
12.(10分)(魯科版教材P124節練習6改編)一個靜止的鈾核U(原子質量為232.037 2 u)放出一個α粒子(原子質量為4.002 6 u)后衰變成釷核Th(原子質量為228.028 7 u)(已知原子質量單位1 u=1.67×10-27 kg,1 u相當于931.5 MeV的能量)。
(1)(3分)寫出鈾核的衰變反應方程;
(2)(3分)求出該衰變反應中釋放出的核能;
(3)(4分)若釋放的核能全部轉化為新核和α粒子的動能,則α粒子的動能為多少
第3節　核力與核能
1.D　[質量越大的原子核內中子數比質子數多得越多，故A、B錯誤；原子核可以發生衰變，故C錯誤；由核力作用特點可知，核子數越多的原子核越不穩定，故D正確。]
2.AB　[原子核與電子之間的作用力主要是電磁力，中子和質子間的作用力主要是核力，A、B正確；核力與引力、電磁力的性質不同，核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內，原子核與電子之間的引力小于它們之間的電磁力，C、D錯誤。]
3.B　[原子核的平均結合能越大，表示該原子核越穩定，故A錯誤；質子和中子結合成新原子核一定有質量虧損，根據愛因斯坦質能方程知，一定會釋放能量，故B正確；平均結合能小的原子核結合成平均結合能大的原子核時會出現質量虧損，故一定會釋放能量，故C錯誤；在中子轟擊下生成Sr和的過程中，伴隨有能量的釋放，所以存在質量虧損，則核子的平均質量變小，故D錯誤。]
4.BD　[核反應中γ的能量是結合能中的一小部分，故A錯誤；核燃料在衰變過程中要釋放巨大能量，所以總是要利用平均結合能小的核，才更容易實現，故B正確；U更穩定說明92U的比結合能大，故C錯誤；該反應產生He，故該衰變過程是α衰變，故D正確。]
5.C　[根據核反應的質量數和核電荷數守恒可知，K＝2；該核反應質量虧損Δm＝mLi＋ mH－ 2mHe＝0.018 6 u，故C正確。]
6.AD　[氘核分解成一個中子和一個質子，需要吸收能量，由E＝Δmc2，則靜止質量增加，增加量等于，故A正確，B錯誤；氘核拆開需要的能量為結合能E，但靜止的氘核吸收一個γ光子而被分解成一個中子和一個質子滿足動量守恒，生成的中子和質子有動量，也有動能，則吸收的γ光子的能量必須大于E，故C錯誤，D正確。]
7.C　[根據質能方程E＝mc2可知，每秒鐘平均減少的質量為Δm＝＝ kg＝kg，則每秒鐘平均減少的質量量級為1029kg，故C正確。]
8.BD　[反應方程式為n＋Mg→Na＋H，A錯誤；由題意知，Mg俘獲中子后，生成的Mg具有放射性，B正確；反應前后生成物質量變化為Δm＝23.991 0 u＋1.007 8 u－1.008 7 u－23.985 0 u＝0.005 1 u，說明生成物的質量增加0.005 1 u，C錯誤；生成物的質量增加，所以吸收的能量為E＝Δm×931.5 MeV＝4.750 65 MeV，D正確。]
9.C　[原子核X發生α衰變后變成新原子核Y，α粒子有兩個質子和兩個中子，所以，X核的中子數比Y核的中子數多2，A錯誤；質量虧損為Δm＝mX－mY－mα，該反應釋放的核能為ΔE＝(mX－mY－mα)c2，B錯誤；根據動量守恒定律，Y核和α粒子的動量大小之比為 1∶1，C正確；根據Ek＝ 可知Y核和α粒子的動能大小之比＝，D錯誤。]
10.BD　[核反應過程質量數守恒，故A錯誤；核反應方程式中，生成物比反應物穩定，則碳核的比結合能比氦核要大，故B正確；根據E＝Δmc2，代入數據解得Δm＝＝ kg≈1.3×10－29 kg，故C錯誤；一年消耗的氦核數為n＝≈4.3×1050個，恒星中的氦核數為N＝×6.02×1023＝6.923×1058個，所有的氦轉化為碳核所需的時間t＝≈1.6×108年，故D正確。]
11.(1)4H＋5n→Be　(2)6.5 MeV
解析　(1)根據核電荷數守恒和質量數守恒可得，該核反應方程為4H＋5n→Be。
(2)該核反應過程的質量虧損為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
由愛因斯坦質能方程可知，Be核的結合能為
ΔE＝Δmc2＝0.104 2×10－27×(3×108)2 J＝0.937 8×10－11 J≈58.6 MeV
則Be核的平均結合能為E＝≈6.5 MeV。
12.(1)U→Th＋He　(2)5.495 9 MeV　(3)5.401 1 MeV
解析　(1)根據題意，由質量數守恒和核電荷數守恒可得，鈾核的衰變反應方程為U→Th＋He。
(2)根據題意，由(1)中衰變方程可知，質量虧損為
Δm＝mU－mTh－mα＝0.005 9 u
根據愛因斯坦質能方程得，衰變反應中釋放出的核能為
ΔE＝Δmc2≈5.495 9 MeV。
(3)根據題意可知，衰變過程動量守恒，則衰變后釷核和α粒子的動量大小相等，即pTh＝pα
又有動量和動能的關系Ek＝，又有ΔE＝EkTh＋Ekα，解得Ekα≈5.401 1 MeV。第3節　核力與核能
學習目標　1.知道核力的概念、特點。2.知道四種基本相互作用。3.理解結合能和平均結合能的概念，知道核反應中的質量虧損。4.知道愛因斯坦質能方程，理解質量與能量的關系。
知識點一　核力與核的穩定性、四種基本相互作用
如圖為H和He的原子核結構示意圖。
(1)質子都帶正電，質子與質子之間存在著庫侖斥力，為什么He還能穩定地存在？
(2)自然界中存在的元素是有限的，為什么質子與中子不能隨意地組合從而形成無數不同的原子核？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.核力與核的穩定性
(1)核力：把原子核中的________維系在一起的力。
(2)核力特點：①核力是____________；②核力是一種____________。
(3)核素：具有一定__________和____________的原子核稱為核素。
(4)核素圖：用橫坐標表示質子數，縱坐標表示中子數，每一種________用一小方塊表示，所得到的圖像稱為核素圖(如圖)。
(5)核的穩定性
①核素的穩定區：穩定的核素幾乎全落在一條曲線上，或緊靠曲線兩側的區域。
②穩定核素的中子數與質子數的關系：隨著____________的增加，穩定核素的中子數越來越________質子數。
2.四種基本相互作用
(1)長程力：長程力包括________________和________________。
(2)短程力：短程力包括________________和________________。
【思考】
1.有人認為，原子核內核子距離很近，因此萬有引力非常大，所以原子核非常穩定。請思考這一觀點是否正確？為什么？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
2.為什么較重的原子核中，中子數往往大于質子數？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例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
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
INCLUDEPICTURE"總結提升.tif" INCLUDEPICTURE "總結提升.tif" \* MERGEFORMAT
核力的特點
(1)核力是四種相互作用中的強相互作用(強力)的一種表現。
(2)核力是短程力，核子只與相鄰的少數核子有較強的引力，而不是與核內所有核子發生作用。
(3)核力與核子是否帶電無關?！　?br/>訓練1 核子結合成原子核的下列說法中，正確的是(　　)
A.原子核內的核子間均存在核力
B.原子核內的質子間均存在核力和庫侖力
C.當n個核子靠近到核力作用的范圍而結合為原子核時，其間勢能一定增加
D.質子數較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩定的作用
知識點二　結合能與平均結合能
如圖所示：圖線表示原子核的平均結合能(比結合能)與原子核質量數的關系。問題探究：
(1)重的原子核，是不是平均結合能(比結合能)就一定大？
(2)平均結合能與結合能有什么關系？
(3)什么樣的原子核更穩定？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.結合能
核子結合成____________所________的能量稱為原子核的結合能。
2.質量虧損
(1)質量虧損：任何一個原子核的質量總是________組成它的所有核子的質量之和，這一差值稱為質量虧損。
(2)結合能的計算：由愛因斯坦質能方程E＝mc2可知，核子結合成原子核時，釋放出的結合能是ΔE＝________。
3.原子核的質量單位
(1)原子核的質量通常會用原子質量單位u表示，1 u＝1.660 5×10－27 kg。
(2)質量虧損1 u釋放____________的核能。
4.平均結合能
(1)定義：原子核的結合能與其____________之比稱為該核的平均結合能，又稱為比結合能。
(2)意義：平均結合能反映了原子核結合的____________或分裂的難易程度。平均結合能________，原子核越難分離成單個核子，原子核越穩定。
(3)重核的平均結合能比中等質量核的要________，輕核的平均結合能比稍重的核的要________。
【思考】 已知兩個氘核發生如下的核反應：H＋H→He，根據下圖的平均結合能曲線，你認為核反應的過程是放出能量還是吸收能量，為什么？如果一個重核(如U)可以分裂為兩個中等質量的核，反應的過程是放出能量還是吸收能量？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
角度1　結合能與平均結合能的理解
例2 關于原子核的結合能和平均結合能，下列說法正確的是(　　)
A.組成原子核的核子越多，它的平均結合能越大
B.平均結合能越小，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定
C.核子結合成原子核而釋放的能量與把原子核拆分成單個核子需要的能量不同
D.原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開成單個核子，需要的能量就是原子核的結合能
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
總結提升　結合能與平均結合能
結合能 把原子核分成核子時吸收的能量或核子結合成原子核時放出的能量
平均結合能 等于原子核的結合能與原子核中核子數的比值，它反映了原子核的穩定程度
平均結合能曲線　 不同原子核的比結合能隨質量數變化圖線如圖所示INCLUDEPICTURE"B214.tif" INCLUDEPICTURE "E:\\2024\\同步\\高二下\\2024（春）物理 選擇性必修 第三冊 魯科版 教師用書（魯瓊閩貴）\\B214.tif" \* MERGEFORMATINET 從圖中可看出，中等大小的核的平均結合能最大，輕核和重核的平均結合能都比中等大小的核的平均結合能要小
角度2　利用平均結合能計算核能
例3 (多選)如圖所示是原子核的平均結合能與質量數的關系圖像，通過該圖像可以得出一些原子核的平均結合能，如O的核子平均結合能約為8 MeV，He的核子平均結合能約為7 MeV，根據該圖像判斷下列說法正確的是(　　)
A.隨著原子質量數的增加，原子核的平均結合能增大
B.Fe核最穩定
C.由圖可知兩個H核結合成He核會釋放出能量
D.把O分成8個質子和8個中子比把O分成4個He要多提供約16 MeV的能量
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練2 (2024·江蘇南通市期末)已知中子的質量為mn，質子的質量為mp，氦核(He)的質量為m，則氦核的平均結合能為(　　)
A. B.
C. D.
角度3　利用質量虧損計算核能
例4 (2024·江蘇蘇州市期末)用質子轟擊靜止的鋰核Li生成2個α粒子。已知質子質量mp＝1.007 8 u，α粒子的質量Mα＝4.002 6 u，鋰核質量MLi＝7.016 0 u，質子的初動能是E1＝0.6 MeV。試回答下列問題(1 u＝931 MeV)
(1)寫出核反應方程式；
(2)核反應前后發生的靜止質量的質量虧損ΔM；
(3)核反應中釋放出的能量ΔE；
(4)核反應釋放的能量全部用來增加了兩個α粒子的動能，則核反應后兩個粒子具有總動能是多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
INCLUDEPICTURE"總結提升.tif" INCLUDEPICTURE "總結提升.tif" \* MERGEFORMAT
核能的計算方法
(1)根據質量虧損計算
根據核反應過程，計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm，再根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
①若Δm的單位是千克，則需要將c＝3×108 m/s代入，計算得到的ΔE的單位為焦耳。
②若Δm的單位是原子質量單位u，則可用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算，即用質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV(1 u相當于931.5 MeV)。
(2)利用平均結合能來計算核能
原子核的結合能＝核子的平均結合能×核子數，核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能?！　?br/>隨堂對點自測
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.(核力的特點)關于核力，下列說法正確的是(　　)
A.核力的作用范圍只有約10－15 m
B.核力本質上屬于電磁相互作用
C.中子和中子之間不會有核力作用
D.核力減小是發生β衰變的原因
2.(結合能與平均結合能)關于原子核的結合能和平均結合能，下列說法正確的是(　　)
A.原子核的平均結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.原子核的核子越多，則平均結合能越大
D.平均結合能越大，原子核越不穩定
3.(核能的計算)我國首輛火星車“祝融號”采用放射性材料PuO2作為發電能源。PuO2中的元素Pu具有放射性，會發生α衰變，已知Pu的質量為m1，新核X的質量為m2，氦核的質量為m3，下列說法中正確的是(　　)
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A.Pu衰變的核反應方程為Pu→X＋He
B.放出的核能為(m1－m2)c2
C.放出的α射線可以穿透鋼板
D.Pu的平均結合能小于新核的平均結合能
4.(核能的計算)(2024·河南南陽高二期末)一個鈾核(92U)衰變為釷核(Th)時釋放一個α粒子。已知鈾核的質量為3.85 313×10－25kg，釷核的質量為3.786 57×10－25kg，α粒子的質量為6.646 72×10－27kg，光在真空中的速度為3×108m/s。
(1)寫出這個衰變過程的衰變方程；
(2)在這個衰變過程中釋放的能量等于多少焦耳(結果保留3位有效數字)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
第3節　核力與核能
知識點一
導學
提示　(1)核子之間還存在著核力作用。
(2)當核子增多時，原子核增大，核子間的距離也增大，當距離較大時，一些核子間可能就沒有核力的作用了，這樣形成的核不穩定，最終會瓦解。因此質子與中子不能隨意地組合形成無數不同的原子核。
知識梳理
1.(1)核子　(2)①短程力?、趶娤嗷プ饔谩?3)質子數　中子數　(4)核素　(5)②質子數　大于
2.(1)引力相互作用　電磁相互作用　(2)強相互作用　弱相互作用
[思考] 1.提示　觀點錯誤；雖然原子核內核子距離很近，但其質量很小，則萬有引力非常小，不是原子核穩定存在的原因；原子核是靠核子間的核力作用穩定存在的，核力是一種強力，是在核子之間存在的超短距離的作用力；核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m，只存在于相鄰的核子之間。
2.提示　較輕的原子核，核子中，質子和質子間的核力遠遠大于斥力，這時組成原子核的中子和質子數目相當；而較重的原子核，由于質子與質子間的核力明顯減弱，而斥力相對較大，不容易結合到原子核上，這時候，不帶電的中子，依靠核力，可以繼續增加，所以中子數目相對較多。
例1 BC　[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，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?。辉诰嚯x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，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，選項D錯誤。]
訓練1 D　[由于核力為短程力，只會發生在相鄰核子之間，與核子是否帶電無關，由此知A、B錯誤；當n個核子靠近到核力作用范圍內，而距離大于0.8×10－15 m時，核力表現為引力，在此過程中核力必做正功，其間勢能必定減小，形成原子核后距離一般不小于0.8×10－15 m，故C錯誤；質子數較多的原子核由于只有相鄰的核子間才有核力，但各個質子間均有很強的庫侖斥力，隨著質子數的增加，其庫侖力增加，對于穩定的原子核，必須存在較多的中子才能維系二者的平衡，故D正確。]
知識點二
導學
提示　(1)不是，組成原子核的核子越多，它的平均結合能并不是越高。
(2)平均結合能(比結合能)等于原子核的結合能與原子核中核子個數(質量數)的比值。
(3)平均結合能越大的原子核，其核子結合得越牢固，也越穩定。
知識梳理
1.原子核　釋放
2.(1)小于　(2)Δmc2
3.(2)931.5 MeV
4.(1)質量數　(2)穩定程度　越大　(3)小　小
[思考] 提示　由平均結合能曲線可知H的平均結合能為1 MeV，而一個He的平均結合能為7.0 MeV，即2個H結合成一個He時能夠放出24 MeV的能量。一個重核(如U)可以分裂為兩個中等質量的核，重核的平均結合能小于兩個中等質量核的平均結合能，所以反應放出能量。
例2 D　[組成原子核的核子越多，它的結合能越大，平均結合能未必越大，A錯誤；平均結合能越大，原子核越穩定，B錯誤；核子結合成原子核而釋放的能量與把原子核拆分成單個核子需要的能量相同，C錯誤；根據結合能定義可知，原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開成單個核子，需要的能量就是原子核的結合能，D正確。]
例3 BC　[由圖可知隨著原子質量數的增加，原子核的平均結合能先增大后減小，A錯誤；Fe核的平均結合能最大，是最穩定的，B正確；兩個平均結合能小的H結合成平均結合能大的He時，會釋放出能量，C正確；把O分成質子和中子需要提供的能量約為ΔE1＝16×8 MeV＝128 MeV，將質子和中子結合成一個He所放出的能量約為ΔE2＝4×7 MeV＝28 MeV，則將O分成4個He需要提供的能量約為ΔE＝ΔE1－4ΔE2＝128 MeV－4×28 MeV＝16 MeV，故要多提供約(128－16)MeV＝112 MeV的能量，D錯誤。]
訓練2 A　[由題可知，氦核由兩個質子與一個中子結合而成，且核子結合過程中會釋放能量，即產生質量虧損。因此根據愛因斯坦的質能方程可求得結合能ΔE＝(mn＋2mp－m)c2，平均結合能即為E＝＝，故A正確。]
例4 (1)Li＋H→2He　(2)0.018 6 u
(3)17.316 6 MeV　(4)17.916 6 MeV
解析　(1)根據質量數和電荷數守恒可知該反應的核反應方程式為Li＋H→2He。
(2)核反應前后的質量虧損Δm＝1.007 8 u＋7.016 0 u－2×4.002 6 u＝0.018 6 u。
(3)核反應中釋放的能量
ΔE＝Δmc2＝17.316 6 MeV。
(4)具有的總動能是Ek＝ΔE＋E1＝17.916 6 MeV。
隨堂對點自測
1.A　[核力是短程力，作用范圍在原子核內部，作用范圍只有約10－15 m，選項A正確；核力屬于強相互作用，不屬于電磁相互作用，選項B錯誤；核力存在于核子之間，質子與質子，質子與中子，中子與中子之間均存在核力，選項C錯誤；弱相互作用才是引起β衰變的原因，選項D錯誤。]
2.B　[根據結合能的定義可知，分散的核子組成原子核時放出的能量叫做原子核結合能，所以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，原子核的平均結合能等于結合能除以核子數，指平均分解出一個自由核子所需要提供的能量，故A錯誤；重核衰變時釋放能量，衰變產物的結合能之和大于原來重核的結合能，故B正確；原子核的核子越多，則結合能越大，但平均結合能不一定越大，故C錯誤；平均結合能越大，原子核越穩定，故D錯誤。]
3.D　[Pu衰變的核反應方程為Pu→X＋He，A錯誤；放出的核能為(m1－m2－m3)c2，B錯誤；α射線穿透性很弱，不能穿透鋼板，C錯誤；由于Pu放射可產生新核X，所以Pu的平均結合能小于新核的平均結合能，D正確。]
4.(1)U→Th＋He　(2)8.35×10－13J
解析　(1)根據電荷數守恒和質量數守恒寫出衰變方程為
U→Th＋He。
(2)衰變前后虧損的質量為
Δm ＝ mU－mTh－mα ＝ 0.000 092 8×10－25kg
c＝3.0×108m/s
釋放的能量為ΔE＝8.35×10－13J。(共58張PPT)
第3節　核力與核能
第5章 原子核與核能
1.知道核力的概念、特點。2.知道四種基本相互作用。3.理解結合能和平均結合能的概念，知道核反應中的質量虧損。4.知道愛因斯坦質能方程，理解質量與能量的關系。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　結合能與平均結合能
知識點一　核力與核的穩定性、四種基本相互作用
知識點一　核力與核的穩定性、四種基本相互作用
1.核力與核的穩定性
(1)核力：把原子核中的______維系在一起的力。
(2)核力特點：①核力是________；②核力是一種____________。
(3)核素：具有一定________和________的原子核稱為核素。
核子
短程力
強相互作用
質子數
中子數
(4)核素圖：用橫坐標表示質子數，縱坐標表示中子數，每一種______用一小方塊表示，所得到的圖像稱為核素圖(如圖)。
核素
(5)核的穩定性
①核素的穩定區：穩定的核素幾乎全落在一條曲線上，或緊靠曲線兩側的區域。
②穩定核素的中子數與質子數的關系：隨著________的增加，穩定核素的中子數越來越______質子數。
2.四種基本相互作用
(1)長程力：長程力包括______________和______________。
(2)短程力：短程力包括____________和____________。
質子數
大于
引力相互作用
電磁相互作用
強相互作用
弱相互作用
【思考】
1.有人認為，原子核內核子距離很近，因此萬有引力非常大，所以原子核非常穩定。請思考這一觀點是否正確？為什么？
提示　觀點錯誤；雖然原子核內核子距離很近，但其質量很小，則萬有引力非常小，不是原子核穩定存在的原因；原子核是靠核子間的核力作用穩定存在的，核力是一種強力，是在核子之間存在的超短距離的作用力；核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m，只存在于相鄰的核子之間。
2.為什么較重的原子核中，中子數往往大于質子數？
提示　較輕的原子核，核子中，質子和質子間的核力遠遠大于斥力，這時組成原子核的中子和質子數目相當；而較重的原子核，由于質子與質子間的核力明顯減弱，而斥力相對較大，不容易結合到原子核上，這時候，不帶電的中子，依靠核力，可以繼續增加，所以中子數目相對較多。
BC
例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
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，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??；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，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，選項D錯誤。
核力的特點
(1)核力是四種相互作用中的強相互作用(強力)的一種表現。
(2)核力是短程力，核子只與相鄰的少數核子有較強的引力，而不是與核內所有核子發生作用。
(3)核力與核子是否帶電無關。
D
訓練1 核子結合成原子核的下列說法中，正確的是(　　)
A.原子核內的核子間均存在核力
B.原子核內的質子間均存在核力和庫侖力
C.當n個核子靠近到核力作用的范圍而結合為原子核時，其間勢能一定增加
D.質子數較多的原子核，其中的中子起到增加核力、維系原子核穩定的作用
解析　由于核力為短程力，只會發生在相鄰核子之間，與核子是否帶電無關，由此知A、B錯誤；當n個核子靠近到核力作用范圍內，而距離大于0.8×10－15 m時，核力表現為引力，在此過程中核力必做正功，其間勢能必定減小，形成原子核后距離一般不小于0.8×10－15 m，故C錯誤；質子數較多的原子核由于只有相鄰的核子間才有核力，但各個質子間均有很強的庫侖斥力，隨著質子數的增加，其庫侖力增加，對于穩定的原子核，必須存在較多的中子才能維系二者的平衡，故D正確。
知識點二　結合能與平均結合能
如圖所示：圖線表示原子核的平均結合能(比結合能)與原子核質量數的關系。問題探究：
(1)重的原子核，是不是平均結合能(比結合能)就一定大？
(2)平均結合能與結合能有什么關系？
(3)什么樣的原子核更穩定？
提示　(1)不是，組成原子核的核子越多，它的平均結合能并不是越高。
(2)平均結合能(比結合能)等于原子核的結合能與原子核中核子個數(質量數)的比值。
(3)平均結合能越大的原子核，其核子結合得越牢固，也越穩定。
1.結合能
核子結合成________所______的能量稱為原子核的結合能。
2.質量虧損
(1)質量虧損：任何一個原子核的質量總是______組成它的所有核子的質量之和，這一差值稱為質量虧損。
(2)結合能的計算：由愛因斯坦質能方程E＝mc2可知，核子結合成原子核時，釋放出的結合能是ΔE＝__________。
原子核
釋放
小于
Δmc2
3.原子核的質量單位
(1)原子核的質量通常會用原子質量單位u表示，1 u＝1.660 5×10－27 kg。
(2)質量虧損1 u釋放____________的核能。
4.平均結合能
(1)定義：原子核的結合能與其________之比稱為該核的平均結合能，又稱為比結合能。
(2)意義：平均結合能反映了原子核結合的__________或分裂的難易程度。平均結合能______，原子核越難分離成單個核子，原子核越穩定。
(3)重核的平均結合能比中等質量核的要____，輕核的平均結合能比稍重的核的要____。
931.5 MeV
質量數
穩定程度
越大
小
小
角度1　結合能與平均結合能的理解
例2 關于原子核的結合能和平均結合能，下列說法正確的是(　　)
A.組成原子核的核子越多，它的平均結合能越大
B.平均結合能越小，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定
C.核子結合成原子核而釋放的能量與把原子核拆分成單個核子需要的能量不同
D.原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開成單個核子，需要的能量就是原子核的結合能
D
解析　組成原子核的核子越多，它的結合能越大，平均結合能未必越大，A錯誤；平均結合能越大，原子核越穩定，B錯誤；核子結合成原子核而釋放的能量與把原子核拆分成單個核子需要的能量相同，C錯誤；根據結合能定義可知，原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開成單個核子，需要的能量就是原子核的結合能，D正確。
總結提升　結合能與平均結合能
結合能 把原子核分成核子時吸收的能量或核子結合成原子核時放出的能量
平均結合能 等于原子核的結合能與原子核中核子數的比值，它反映了原子核的穩定程度
平均結合能曲線　 不同原子核的比結合能隨質量數變化圖線如圖所示
從圖中可看出，中等大小的核的平均結合能最大，輕核和重核的平均結合能都比中等大小的核的平均結合能要小
BC
角度2　利用平均結合能計算核能
A
角度3　利用質量虧損計算核能
核能的計算方法
(1)根據質量虧損計算
根據核反應過程，計算核反應前和核反應后的質量虧損Δm，再根據愛因斯坦質能方程ΔE＝Δmc2計算核能。
①若Δm的單位是千克，則需要將c＝3×108 m/s代入，計算得到的ΔE的單位為焦耳。
②若Δm的單位是原子質量單位u，則可用ΔE＝Δm×931.5 MeV計算，即用質量虧損的原子質量單位數乘以931.5 MeV(1 u相當于931.5 MeV)。
(2)利用平均結合能來計算核能
原子核的結合能＝核子的平均結合能×核子數，核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。
隨堂對點自測
2
A
1.(核力的特點)關于核力，下列說法正確的是(　　)
A.核力的作用范圍只有約10－15 m
B.核力本質上屬于電磁相互作用
C.中子和中子之間不會有核力作用
D.核力減小是發生β衰變的原因
解析　核力是短程力，作用范圍在原子核內部，作用范圍只有約10－15 m，選項A正確；核力屬于強相互作用，不屬于電磁相互作用，選項B錯誤；核力存在于核子之間，質子與質子，質子與中子，中子與中子之間均存在核力，選項C錯誤；弱相互作用才是引起β衰變的原因，選項D錯誤。
B
2.(結合能與平均結合能)關于原子核的結合能和平均結合能，下列說法正確的是(　　)
A.原子核的平均結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.原子核的核子越多，則平均結合能越大
D.平均結合能越大，原子核越不穩定
解析　根據結合能的定義可知，分散的核子組成原子核時放出的能量叫做原子核結合能，所以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，原子核的平均結合能等于結合能除以核子數，指平均分解出一個自由核子所需要提供的能量，故A錯誤；重核衰變時釋放能量，衰變產物的結合能之和大于原來重核的結合能，故B正確；原子核的核子越多，則結合能越大，但平均結合能不一定越大，故C錯誤；平均結合能越大，原子核越穩定，故D錯誤。
D
課后鞏固訓練
3
D
題組一　核力與原子核的穩定性
1.關于原子核中質子和中子的說法，正確的是(　　)
A.原子核中質子數和中子數一定相等
B.穩定的重原子核里，質子數比中子數多
C.原子核都是非常穩定的
D.由于核力的作用范圍是有限的，核力具有飽和性，不可能無節制地增大原子核而仍穩定存在
對點題組練
解析　質量越大的原子核內中子數比質子數多得越多，故A、B錯誤；原子核可以發生衰變，故C錯誤；由核力作用特點可知，核子數越多的原子核越不穩定，故D正確。
AB
2.(多選)關于原子內的相互作用力，下列說法正確的是(　　)
A.原子核與電子之間的作用力主要是電磁力
B.中子和質子間的作用力主要是核力
C.質子與質子間的核力，在2.0×10－15 m的距離內遠大于它們相互間的庫侖力
D.原子核與電子之間的引力大于它們之間的電磁力
解析　原子核與電子之間的作用力主要是電磁力，中子和質子間的作用力主要是核力，A、B正確；核力與引力、電磁力的性質不同，核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15 m之內，原子核與電子之間的引力小于它們之間的電磁力，C、D錯誤。
B
題組二　結合能與平均結合能
3.關于結合能、平均結合能，下列說法正確的是(　　)
A.原子核的結合能越大，表示該原子核越穩定
B.質子和中子結合成新原子核一定有質量虧損，釋放出能量
C.平均結合能小的原子核結合成平均結合能大的原子核時一定吸收核能
BD
C
題組三　質能方程與核能的計算
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　根據核反應的質量數和核電荷數守恒可知，K＝2；該核反應質量虧損
Δm＝mLi＋ mH－ 2mHe＝0.018 6 u，故C正確。
AD
6.(多選)靜止的氘核吸收一個γ光子而被分解成一個中子和一個質子，已知氘核的結合能為E，γ光子的動量和能量均不能忽略，光速為c，關于此核反應，下列說法正確的是(　　)
C
7.(2023·全國乙卷)2022年10月，全球眾多天文設施觀測到迄今最亮伽馬射線暴，其中我國的“慧眼”衛星、“極目”空間望遠鏡等裝置在該事件觀測中作出重要貢獻。由觀測結果推斷，該伽馬射線暴在1分鐘內釋放的能量量級為1048J 。假設釋放的能量來自于物質質量的減少，則每秒鐘平均減少的質量量級為(光速為3×108m/s)(　　)
A. 1019kg B.1024kg C.1029kg D.1034kg
BD
綜合提升練
C
9.(2024·遼寧大連高二期末)真空中靜止的原子核X發生α衰變后變成新原子核Y。已知X核、Y核和α粒子的質量分別為mX、mY和mα，且 mY>mα，光速為 c，若釋放的核能全部轉化為Y核和α粒子的動能。則(　　)
A.X核的中子數與Y核的中子數相同
B.該反應釋放的核能為 (mX－mY)c2
C.Y核和α粒子的動量大小之比為 1∶1
D.Y核和α粒子的動能大小之比為1∶1
BD
培優加強練

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