5.3核力與結(jié)合能（原卷版）-1

5.3核力與結(jié)合能基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、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(qiáng)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．這種作用稱為強(qiáng)相互作用。2．強(qiáng)相互作用的特點(diǎn)(1)強(qiáng)相互作用是短程力，作用范圍只有約10－15m。(2)距離增大時(shí)，強(qiáng)相互作用急劇減小．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)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18m。4．四種基本相互作用要點(diǎn)二、結(jié)合能與質(zhì)量虧損（一）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)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定．中等大小的核的比結(jié)合能最大，最穩(wěn)定。（三）質(zhì)量虧損1．質(zhì)能方程：物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系是：E＝mc2。2．質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。要點(diǎn)突破突破一：四種基本相互作用在不同尺度上發(fā)揮作用(1)引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷”。是引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團(tuán)，決定著宇宙的現(xiàn)狀。萬(wàn)有引力是長(zhǎng)程力。(2)電磁相互作用：電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體和固體。(3)強(qiáng)力：即強(qiáng)相互作用，在原子核內(nèi)，強(qiáng)力將核子束縛在一起，強(qiáng)力是短程力。(4)弱相互作用：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。弱相互作用也是短程力，其力程比強(qiáng)力更短，為10－18m，作用強(qiáng)度則比電磁力小。突破二：核力的性質(zhì)(1)核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用(強(qiáng)力)的一種表現(xiàn)。(2)核力是短程力。約在10－15m數(shù)量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10－15m時(shí)為引力，距離小于0.8×10－15m時(shí)為斥力，距離為10×10－15m時(shí)核力幾乎消失。(3)核力具有飽和性。核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。(4)核力具有電荷無(wú)關(guān)性。核力與核子電荷無(wú)關(guān)。突破三：原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系(1)較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對(duì)于較重的原子核，其中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。(2)形成原因：①若質(zhì)子與中子成對(duì)地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會(huì)減小，但核力減小得更快。所以當(dāng)原子核增大到一定程度時(shí)，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫(kù)侖力，這個(gè)原子核就不穩(wěn)定了。②若只增加中子，因?yàn)橹凶优c其他核子沒有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。③由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會(huì)大到其間根本沒有核力的作用，這時(shí)候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。突破四：結(jié)合能和比結(jié)合能結(jié)合能把原子核分成核子時(shí)吸收的能量或核子結(jié)合成原子核時(shí)放出的能量比結(jié)合能等于原子核的結(jié)合能與原子核中核子個(gè)數(shù)的比值，它反映了原子核的穩(wěn)定程度比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化圖線如圖所示從圖中可看出，中等大小的核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等大小的核的比結(jié)合能要小2.質(zhì)量虧損核能的計(jì)算（1）質(zhì)量虧損Δm的理解：所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來(lái)，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。3．質(zhì)能方程E＝mc2的理解(1)根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時(shí)質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2。(2)運(yùn)用質(zhì)能方程時(shí)應(yīng)注意單位．一般情況下，公式中各量都應(yīng)取國(guó)際單位制單位。但在微觀領(lǐng)域，用國(guó)際單位制單位往往比較麻煩，習(xí)慣上常用“原子質(zhì)量單位”和“電子伏特”作為質(zhì)量和能量的單位，1u對(duì)應(yīng)931.5MeV能量。典例精析題型一：核力例一．下列的若干敘述中，正確的是（）A．玻爾根據(jù)光的波粒二象性，大膽提出假設(shè)，認(rèn)為實(shí)物粒子也具有波動(dòng)性B．由黑體輻射強(qiáng)度與波長(zhǎng)的關(guān)系，溫度越高，輻射強(qiáng)度的極大值向波長(zhǎng)較長(zhǎng)的方向移C．將核子束縛在原子核內(nèi)的核力，是不同于萬(wàn)有引力和電磁力的另一種相互作用D．湯姆遜首先發(fā)現(xiàn)了電子，從而說(shuō)明原子核內(nèi)有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)變式遷移1：科學(xué)研究表明，自然界存在四種基本相互作用.我們知道分子之間也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力實(shí)質(zhì)上是屬于A．引力相互作用B．電磁相互作用C．強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用D．四種基本相互作用的共同作用題型二：結(jié)合能與質(zhì)量虧損例二．2021年5月28日，中科院合肥物質(zhì)研究院的EAST裝置，首次使中國(guó)“人造太陽(yáng)”等離子體的電子溫度達(dá)到1.2億度，維持了101秒。已知中國(guó)“人造太陽(yáng)”中的核反應(yīng)方程是，H的比結(jié)合能為1.09MeV，H的比結(jié)合能為2.78MeV，由此可知He的比結(jié)合能為（）A．7.03MeV B．5.56MeV C．4.36MeV D．3.87MeV變式遷移2：下列說(shuō)法中正確的是（）A．比結(jié)合能越大表示原子核中的核子結(jié)合得越牢固B．氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能增大，原子總能量減小C．β射線為原子的核外電子電離后形成的電子流D．放射性元素衰變的快慢不僅與原子核內(nèi)部自身的因素有關(guān)，還跟原子所處的化學(xué)狀態(tài)和外部條件有關(guān)強(qiáng)化訓(xùn)練選擇題1．一靜止的鈾核放出一個(gè)α粒子衰變成釷核，衰變方程為→＋。下列說(shuō)法正確的是（）A．衰變后釷核的動(dòng)能等于α粒子的動(dòng)能B．衰變后釷核的動(dòng)量大小等于α粒子的動(dòng)量大小C．鈾核的半衰期等于其放出一個(gè)α粒子所經(jīng)歷的時(shí)間D．衰變后α粒子與釷核的質(zhì)量之和等于衰變前鈾核的質(zhì)量2．下列對(duì)物理知識(shí)的理解正確的有（）A．射線的穿透能力較弱，用厚紙板就能擋住B．動(dòng)能相等的質(zhì)子和電子，它們的德布羅意波長(zhǎng)也相等C．放射性元素釙的半衰期為138天，的釙經(jīng)276天，已發(fā)生衰變的質(zhì)量為D．質(zhì)子、中子、粒子的質(zhì)量分別為、、，兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)粒子釋放的能量是3、（多選）原子比結(jié)合能曲線如圖所示。根據(jù)該曲線，下列說(shuō)法正確的有（）A．比結(jié)合能大于，所以可以裂變成而放出核能B．比結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定C．比更穩(wěn)定，結(jié)合能更大D．平均核子質(zhì)量小于4、目前人類探索太空需要用核電池對(duì)探測(cè)器提供電能和熱能，某“核電池”是利用放射性元素钚238（）發(fā)生衰變釋放的能量工作，其衰變方程為，钚238的半衰期為88年，下列說(shuō)法正確的是（）A．m=92，n=4，比的中子數(shù)多4B．的結(jié)合能小于與的結(jié)合能之和C．400個(gè)钚238經(jīng)過176年還剩下100個(gè)D．若改變238钚的溫度、濃度及其所受的壓力，它的半衰期將會(huì)改變5、2021年12月30日，中科院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）在7000萬(wàn)攝氏度的高溫下實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行。若某次聚變反應(yīng)是4個(gè)氫核H結(jié)合成1個(gè)氦核He，同時(shí)釋放出正電子e。已知?dú)浜说馁|(zhì)量為mp，氦核的質(zhì)量為mα，正電子的質(zhì)量為me，真空中光速為c，則此次核反應(yīng)釋放的能量為（）A．（4mpmαme）c2 B．（4mpmα2me）c2C．（4mp+mαme）c2 D．（4mp+mα2me）c26、科學(xué)研究表明，香煙會(huì)釋放一種危險(xiǎn)的放射性元素釙（），如果每天抽2包香煙，一年后累積的輻射量相當(dāng)于400次胸透的輻射量。的半衰期是138天，可以連續(xù)發(fā)生一次α衰變和一次β衰變后產(chǎn)生新核X。下列說(shuō)法正確的是（）A．制做香煙時(shí)可以通過升高溫度減小的半衰期，從而減小輻射對(duì)人體的傷害B．吸煙時(shí)因?yàn)榘l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以的半衰期會(huì)減小C．發(fā)生衰變時(shí)，會(huì)發(fā)生質(zhì)量虧損D．新核X的中子數(shù)是206，電荷數(shù)是837、近代物理和相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了人類的生產(chǎn)和生活方式推動(dòng)了人類文明與進(jìn)步。關(guān)于近代物理知識(shí)下列說(shuō)法正確的是（）A．若氫原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光不能使某金屬發(fā)生光電效應(yīng)，則氫原子從能級(jí)向能級(jí)躍遷時(shí)輻射出的光有可能使該金屬發(fā)生光電效應(yīng)B．查德威克預(yù)言了中子的存在，盧瑟福通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了中子C．玻爾理論成功解釋了大量原子光譜規(guī)律，其局限性在于保留了經(jīng)典粒子的觀念D．釙（）是氡（）的衰變產(chǎn)物之一，故釙（）的比結(jié)合能大于氡（）的比結(jié)合能8、下列說(shuō)法正確的是（）A．湯姆孫通過α粒子散射實(shí)驗(yàn)，提出了原子具有核式結(jié)構(gòu)B．一群處于n=4能級(jí)上的氫原子向低能級(jí)躍遷時(shí)最多產(chǎn)生4種譜線C．結(jié)合能越大，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定D．在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都守恒9、考古學(xué)上利用“碳鐘”，也就是利用來(lái)推測(cè)古文物產(chǎn)生的年代。已知的衰變產(chǎn)物中有穩(wěn)定的，的半衰期為年，下列說(shuō)法正確的是（）A．的衰變方程為B．該衰變過程中原子核內(nèi)減少一個(gè)中子C．一個(gè)核發(fā)生衰變釋放的核能為為原子的質(zhì)量，為光速D．已經(jīng)死亡年的古樹中不會(huì)含有原子10、中國(guó)實(shí)驗(yàn)快堆是第四代核能系統(tǒng)的優(yōu)選堆型，采用钚（）作燃料，在堆心燃料钚的外圍再生區(qū)里放置不易發(fā)生裂變的軸（），钚239裂變釋放出的快中子被再生區(qū)內(nèi)的鈾238吸收，轉(zhuǎn)變?yōu)殁?39，鈾239極不穩(wěn)定，經(jīng)過衰變，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橐琢炎兊念?39，從而實(shí)現(xiàn)核燃料的“增殖”。下列說(shuō)法正確的是（）A．鈾239轉(zhuǎn)變?yōu)轭?39，經(jīng)過了3次衰變B．鈾239發(fā)生衰變過程中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量也守恒C．鈾239發(fā)生衰變的實(shí)質(zhì)是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子D．钚（）裂變生成兩個(gè)中等質(zhì)量的核，钚核的比結(jié)合能大于生成的兩個(gè)核的比結(jié)合能11、運(yùn)動(dòng)的原子核X放出α粒子后變成靜止的原子核Y，已知原子核X、α粒子的質(zhì)量分別是M、m，α粒子的動(dòng)能為E，真空中的光速為c，α粒子的速度遠(yuǎn)小于光速。則在上述核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損是（）A． B．EC．E D．E12、核能作為一種新能源在現(xiàn)代社會(huì)中已不可缺少．核泄漏中的钚是一種具有放射性的超鈾元素，它可破壞細(xì)胞基因，提高患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。已知钚的一種同位素的半衰期為24100年，其衰變方程為，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．X原子核中含有90個(gè)質(zhì)子B．100個(gè)經(jīng)過24100年后一定還剩余50個(gè)C．由于衰變時(shí)釋放巨大能量，根據(jù)，衰變過程總質(zhì)量增加D．衰變發(fā)出的射線是波長(zhǎng)很短的光子，具有很強(qiáng)的穿