高中物理 第十九章 原子核 5 核力与结合能课堂导引素材 新人教版选修3-5（通用） 4页

‎5 核力与结合能 ‎ 互动课堂 疏导引导 ‎1.核力 核力是核子之间的相互作用力，其特点有：‎ ‎（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现.在它的作用范围内，核力比库仑力大得多.‎ ‎（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10‎-15m之内.核力在大于0.8×10‎-15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10‎-15m,核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10‎-15m时,核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起.‎ ‎（3）每个核子只跟相邻的核子发生核力作用.‎ ‎2.结合能 由于核子间存在巨大的核力作用，所以原子核是一个坚固的集体.要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量.一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要用能量等于或大于2.2 MeV的γ光子照射.核反应方程为.‎ 相反的过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出2.2 MeV的能量.这个能量以γ光子的形式辐射出去.核反应方程为 ‎.‎ 由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量.核反应中放出或吸收的能量称为核能.‎ ‎3.质量亏损和质能方程 ‎（1）质量亏损Δm 凡是释放核能的核反应，反应后各原子核（新生核）及微观粒子的质量（即静止质量）之和都会变小，两者的差值就叫做质量亏损.（凡吸收能量的核反应，其生成物的质量之和大于反应物的质量之和）‎ ‎（2）质能方程 爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E=mc2.‎ 这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系.物体的能量增大质量也增大，能量减少质量也减少.‎ 若质量亏损为Δm，那么对应转化成的能量为ΔE=Δm·c2.由于c2这个数值巨大，因而释放的能量是十分可观的.质量为‎1 kg的物体所具有能量为9×1016J,这一能量相当于一个100万千瓦的发电厂三年的发电量.‎ ‎（3）核能的计算方法为：①根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损乘以真空中光速的平方:‎ ΔE=Δm·c2‎ ‎②根据1原子质量单位（u）相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即 ΔE=Δm×931.5 MeV.‎ ‎（4）对质量亏损和质能方程的理解：在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒的规律.核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转变为能量.物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量.另外，质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的.‎ 活学巧用 ‎【例1】 关于核力的说法正确的是（　　）‎ 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 思路解析：核力是短程力，超过1.5×10‎-15m，核力急剧下降几乎消失，故C对，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对，核力与电荷无关.故D错.‎ 答案：C ‎【例2】 核能是怎样产生的，试说说自己的理解.‎ 思路解析：能与功、力密切相联系，核能也不例外.核反应中核能的吸收和释放与核力的作用有关.当核子结合成原子核时，核力对核子做功，要释放能量（类似于重力对重物做功将重力势能转化为动能）；当原子核分裂为核子时，要克服核力做功，所以从外界吸收能量.由于核力强大，所以核能的吸收和释放比其他形式的能量要巨大得多.‎ ‎【例3】 下列说法中，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.核反应中发现的“质量亏损”是指消失的质量 D.因在核反应中能产生能量，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 思路解析：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，并不是说明了能量和质量之间存在相互转化的关系，故A错误，而B项正确.核反应中的“质量亏损”也不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，也不是质量转变成能量，故C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，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误.‎ 答案：B ‎【例4】 已知氮核质量mN=14.007 53 u,氧核质量mO=17.004 54 u，氦核质量mHe=4.003 87 u，质子质量mH=1.008 15 u，试判断核反应：‎ 是吸能反应，还是放能反应，能量变化多少？‎ 思路解析：反应前的总质量mN+mHe=18.011 40 u，反应后的总质量mO+mH=18.012 69 u 因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸能量为 ΔE=Δmc2=［(mN+mHe)-(mO+mH)］c2‎ ‎=(18.012 69-18.011 40)×931.5 MeV ‎=1.2 MeV.‎ 答案：吸能反应　能量变化量为1.2 MeV