人教版 (2019)选择性必修 第三册3 核力与结合能优秀同步测试题

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【学习目标】
物理观念：了解四种基本相互作用与核力的特点，理解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。
科学思维：理解引力作用是天体间的力（比较显著），电磁相互作用的表现在分子级别上，强相互作用在原子核，弱相互作用又比原子核小很多的级别上。
科学探究：通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。
科学态度与责任：学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣和责任。
【学习重难点】
重点：结合能和比结合能、质量亏损。
难点：结合能和比结合能。
【知识回顾】
原子核的组成
答案：质子和中子
【自主预习】
一 核力与四种基本相互作用
1．引力相互作用：万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系。引力是自然界的一种基本相互作用。
2．电磁相互作用：电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。
3．强相互作用：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。这种作用称为强相互作用。距离增大时，强相互作用急剧减小，它的作用范围只有约10－15 m，即原子核的大小，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了，它是短程力。
4．弱相互作用：在某些放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，弱相互作用是短程力，其力程比强相互作用更短，只有10－18 m。
二 结合能
1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
三 质量亏损
1．爱因斯坦质能方程：E＝mc2。
2．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
3.中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大)，这些核最稳定。
【课堂探究】
【新课导入】
原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的。 在核子之间一定存在着第三种力，把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
第三种力——核力 是核力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核。
【新课教学】
（一）核力与四种基本相互作用
1.引力相互作用
17世纪下半叶，人们发现了万有引力。正是万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系（动图展示）。引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。
2.电磁相互作用
动图展示：电荷间、磁体间的相互作用。
从本质上说它们是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。它也是自然界的一种基本相互作用。
宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的电磁相互作用。
3.强相互作用
原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。
短程力：约在10-15m量级时起作用。
4.弱相互作用
在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用。（动图展示）
弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。
短程力：约在10-18m量级时起作用
这样，万有引力、电磁力和强相互作用分别在不同的尺度上发挥了作用。
问题1：如图甲所示，把地球的大小与一个苹果的大小相比，那就相当于将直径为1 cm的球与分子相比，这说明了分子的什么特点？1 ml水中含有水分子的数量达6.02×1023个，这又说明了什么？
提示：分子是极其微小的。组成物体的分子是大量的。
问题2：如图乙所示是我国科学家用扫描隧道显微镜拍摄的石墨表面原子的排布图，图中的每个亮斑都是一个碳原子。在计算固体和液体分子大小时，一般可以看成小球紧密排列在一起（忽略小球间的空隙），如图丙所示，请问这样的球体物理模型怎样求分子直径？
提示：
问题3：对于气体，分子之间不是紧密排列的，一般气体分子所占据的空间体积约为气体分子体积的上千倍。所以一般情况下我们把气体分子所占据的空间视为立方体，如图丁所示。请问这样的物理模型怎样求分子直径？
提示：
小试牛刀
【例题】关于核力的说法正确的是( C )
A.核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用
B.核力就是电磁力
C.核力是短程力，作用范围在1.5×10^−15m之内
D.核力与电荷有关
【例题】(多选)关于四种基本相互作用，下列说法正确的是( CD )
A．原子核中质子间的万有引力和电磁力可以达到平衡
B．核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大
C．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因
D．强相互作用的力程大于弱相互作用的力程
（二）结合能
假设有两个相距很远的物体，在万有引力的作用下互相靠近：引力势能→为动能→内能→损失能量。 反过来，你想拆散他俩，就肯定得重新赋予他们失去的这部分能量。
同样的要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离，需要通过碰撞、施加电场、让氢原子吸收光子等途径使它得到13.6eV的能量。它才会电离。
放到原子核层面则有：
自由核子形成原子核所释放的能量，或者原子核重新分为自由核子，需要吸收的能量，叫做原子核的结合能。
思考：如果结合能越大，就说明把原子核分开，所需要的能量越大，是不是就意味着原子核越稳定吗？
并非如此，因为原子核越大，包含的核子个数越多，结合能通常也会越高，但这并不能说明他们稳定。
比结合能：结合能与核子数的比值。
也就是平均到每一个核子的结合能大小来反应原子核的稳定性。比结合能越大表示原子核越稳。
画出不同原子的比结合能不同原子的图像。
从左到右原子核的质量数不断增大，可以看出中等大小的原子核比结合能相对较大，其中铁元素的比结合能最大，所以在自然界中铁元素的原子核最稳定。
（三）质量亏损
原子核的结合能很难直接测量。幸好，爱因斯坦已经给我们指出了物体的能量与它的质量的关系，即
E = mc2
质子的质量：mp=1.6726×10-27kg
中子的质量：mn=1.6749×10-27kg
用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量，与同等数量的质子、中子的质量之和相比较，看一看两条途径得到的质量之差，就能推知原子核的结合能。
课本例题
已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.343×10-27kg较小的，求氘核的比结核能。
分析：氘核是由1个质子和1个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量，这个能量就是氘核的结合能。由氘核的质量与同等数量的核子质量之间的差值就可以求出与这一质量亏损相对应的能量，再根据氘核的核子数求出氛核的比结合能。
解：在这个方程中左右两边的质量差，就是质量亏损。（γ光子没有质量）
△m=（mn+mp）-mD=3.90×10-30kg
这个质量差对于的能量△E =△mc2=3.90×10-30×（3.00×108）2=3.51×10-13J
能量单位常常使用电子伏特1eV=1.6×10-19J
所以，氘核的结合能是
氘核的比结合能
。
那咱终于明白亏损的这部分质量，最后是变成结合能飞走啦。
通过这个例题可以看出，原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。
【自我测评】
判断下列说法的正误．
(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。( √ )
(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大多得。( √ )
(3)在原子核的组成中，质子数等于中子数。( × )
(4)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了。( √ )
(5)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。( √ )
(6)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。( × )
小试牛刀
【例题】(多选)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有( BC )
A.核的结合能约为14 MeV
B.He核比Li核更稳定
C.两个H核结合成He核时释放能量
D.92U核中核子的平均结合能比Kr核中的大
【例题】下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有( D )
A.核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B.比结合能越大的原子核越稳定,因此它的结合能也一定越大
C.重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大
D.中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？