高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能精品课件ppt

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高中物理新教材特点分析
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HELIYUJIEHENENG
梳理教材 夯实基础 / 探究重点 提升素养 / 课时对点练
1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用.2.了解结合能和比结合能的概念.3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关 的计算.
1.核力：原子核中的 之间存在一种很强的相互作用，即存在一种___ ___，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核.这种作用称为 .2.强相互作用的特点(1)强相互作用是 力，作用范围只有约 m.(2)距离增大时，强相互作用急剧 .超过10－15 m，强相互作用不存在.3.弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核 衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因.(2)弱相互作用是 力，其力程只有 m.
一、核力与四种基本相互作用
1.结合能原子核是 凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要 ，这就是原子核的结合能.2.比结合能原子核的结合能与 之比，叫作比结合能，也叫作 结合能.比结合能越大，原子核中核子结合得越 ，原子核越 . 的核的比结合能最大，最稳定.
1.质能方程物体的能量与它的质量的关系是：E＝ .2.质量亏损原子核的质量 组成它的核子的质量之和的现象.
1.判断下列说法的正误.(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大.(　　)(2)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因.(　　)(3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量.(　　)(4)比结合能越大，原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大.(　　)
2.已知α粒子( )是由2个质子、2个中子组成的，取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s.则α粒子的结合能为____________.(结果保留两位有效数字)
4.3×10－12 J
组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2mp＋2mn)－mαα粒子的结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J.
1.核力(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，约在10－15 m 数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失.(3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生作用.
2.四种基本相互作用的作用尺度(1)在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起.(2)在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体.(3)万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着恒星运行，并且联系着星系团.
　(2021·江西高二期中)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 mB.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
核力是短程力，作用范围在原子核内部，作用范围只有约10－15m，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.
　(2021·苏州市高二期中)原子核的比结合能随质量数变化的图像如图，下列说法正确的是A.质量数越大的原子核，核子结合得越牢固
中等质量数的原子核比结合能较大，核子结合得牢固，选项A错误；
三、质量亏损　核能的计算
1.质量亏损Δm的理解所谓质量亏损，并不是质量消失，而是减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了.反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给.
2.质能方程E＝mc2的理解(1)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比.物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.(2)运用质能方程时应注意单位.一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位.但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1 u对应 931.5 MeV能量.
　下列有关质能方程的说法中，正确的是A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B.由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量　作为它所蕴藏的能量的量度C.核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D.因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、　系统的总能量和总质量并不守恒
考向1　爱因斯坦质能方程的理解
E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确；核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量突变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误.
　(2021·长春市榆树高级中学高二期中)一个锂核( )受到一个质子轰击，变成两个α粒子.质子的质量是1.672 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5× 10－27 kg，氦核的质量是6.646 7×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s.(1)写出上述核反应的方程；
(2)计算上述核反应释放出的能量.
答案　2.673×10－12 J
核反应释放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(1.672 6×10－27＋11.650 5×10－27－2×6.646 7×10－27)×(3×108)2 J＝2.673×10－12 J
7 eV 7 ×10－12 J ×10－9 J
由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝7.265 7 MeV＝7.265 7×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，故A、C正确.
核能的计算方法1.根据质量亏损计算(1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.(2)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.利用比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×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.
考点一　核力1.关于核力，下列说法正确的是A.在原子核内，靠核力将所有核子束缚在一起B.在原子核内，只有质子和中子之间有核力C.在原子核内，任意两个核子之间都存在核力的作用D.核力和万有引力是同种性质的力
在原子核内，质子和质子、质子和中子、中子和中子之间都存在核力，靠核力将所有核子束缚在一起，核力只在相邻的核子之间起作用，A正确，B、C错误；核力与万有引力不是同一种性质的力，D错误.
2.氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是A.核力、万有引力、库仑力B.万有引力、库仑力、核力C.库仑力、核力、万有引力D.核力、库仑力、万有引力
核力是强相互作用，它能将核子束缚在原子核内，万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略，故选D.
考点二　结合能3.(多选)(2021·浙江高二期中)关于原子核的结合能，下列说法正确的是A.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.比结合能越大，原子核越不稳定D.自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结 合能
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，A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，故衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；比结合能越大，原子核越稳定，C错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，D错误.
4.(2021·常州市高二期中)原子核的比结合能曲线如图所示.根据该曲线，下列判断正确的是
由题图可知 核的比结合能约为7 MeV，所以结合能约为4×7 MeV＝28 MeV，选项A错误；
A.核燃料总是利用比结合能小的核
考点三　质量亏损与质能方程6.(多选)关于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2和ΔE＝Δmc2，下列说法正确的是A.E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能C.根据ΔE＝Δmc2，可以计算核反应中释放的核能D.两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放出核能，说明此过程中 出现了质量亏损
E＝mc2说明物体具有的能量与其质量成正比，所以A正确；E＝mc2中的E是物体蕴含的能量，不是发生核反应时释放的核能，所以B错误；根据ΔE＝Δmc2，可以计算核反应中释放的核能，所以C正确；两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放出核能，根据爱因斯坦的质能方程，说明此过程中出现了质量亏损，所以D正确.
A.释放的能量为(m1－m2－m3)c2B.释放的能量为(m2＋m3－m1)c2C.吸收的能量为(m1－m2－m3)c2D.吸收的能量为(m1＋m2＋m3)c2
由不稳定的核变成稳定的核是放能反应.根据质能方程得ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故选A.
8.如图所示是描述原子核核子的平均质量 与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是A.将原子核A分解为原子核B、C吸收能量B.将原子核D、E结合成原子核F吸收能量C.将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D.将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量
因B、C核子平均质量小于A核子的平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故一定放出能量，A错误；同理可得B、D错误，C正确.
A.质量亏损Δm＝4.021 78 uB.释放的核能ΔE＝(m1＋m2－2m3)c2C.铍原子核内的中子数是5D.X表示的是氚原子核
核反应质量亏损为Δm＝m1＋m2－2m3＝0.020 27 u则释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－2m3)c2故A错误，B正确.
根据电荷数守恒、质量数守恒得，X的电荷数为0，质量数为1，X为中子，故A错误；
核反应是放热反应，则生成物的结合能之和一定大于反应物的结合能之和，故D错误.
C.某种钚同位素的半衰期为88年，1 g钚经过440年后还剩0.2 gD.质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一 个α粒子，释放的能量是(2m1＋2m2－m3)c2
11.(多选)(2022·长沙市雅礼中学高二月考)下列说法中正确的是A.原子核发生一次β衰变，该原子外层就一定失去一个电子
原子核发生一次β衰变，原子核内就一定有一个中子，变成一个质子，产生一个电子释放出来就是β射线，所以A错误；
质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3，质子和中子结合成一个α粒子，其核反应方程为
根据爱因斯坦的质能方程可得，释放的能量是ΔE＝Δmc2＝(2m1＋2m2－m3)c2所以D正确.
D.核反应过程中释放的核能为ΔE＝(mPu－mU)c2
故A错误；根据质能方程可知，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(mPu－mU－mα)c2