1、195 核力与结合能 【知识要点】 一核力与四种基本相互作用 1.是万有引力。 2.是电磁力(库仑力是一种电磁力)。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电 磁力大约要比万有引力强 1035倍。 3.核力：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。 核力特点： （1）核力是强相互作用(强力)的一种表现。 （2）核力是短程力，作用范围在 1.510-15 m 之内。 （3）核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核 力的饱和性。 (4)核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。 4.弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核 衰变的原因，即引起中
2、子转变质子 的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为 10-18m，作用强度则比电磁力小。 二原子核中质子与中子的比例 随着原子序数的增加，较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核 中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。 提示：从电磁力和核力的作用范围去考虑。 三结合能 1.原子核的结合能：当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时， 要吸收同样的能量。这个能量叫做原子核的结合能. 注意：结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能 量。 2.原子核越大，它的结合能越高。因此，有意义的是它的结合能与核子数之比，称做 比结合能
3、，也叫平均结合能。 原子核的稳定性：比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定. 四质量亏损 1.爱因斯坦质能方程： Emc2 式中， c 为真空中的光速。 2.质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象称为质量亏损 注意：没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于 光子的动质量。 3.核反应中由于质量亏损而释放的能量：E=m c2 注意：没有违反能量守恒定律；减小的这部分能量 以 光子释放出去 【典型例题】 例 1. 已知 1 个质子的质量 mp=1.007 277u，1 个 中子的质量 mn=1.008 665u.氦核的质量为 4.001 509 u. 这里
4、u 表示原子质量单位，1 u=1.660 56610-27 kg. 由上述数值，计算 2 个质子和 2 个中 子结合成氦核时释放的能量。 答案：（28.3MeV ） 【巩固练习】 1科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用，我们知道分子之间也存在相互作用 的引力和斥力，那么分子力实质上属于( B ) A引力相互作用 B电磁相互作用 C强相互作用和弱相互作用的共同作用 D四种基本相互作用的共同作用 2对核子结合成原子核的下列说法正确的是( CD ) A原子核内的核子间均存在核力 B原子核内的质子间均存在核力和库仑力 C当 n 个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小 D对
5、质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用 3关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( D ) A原子核中质子数和中子数一定相等 B稳定的重原子核里，质子数比中子数多 C原子核都是非常稳定的 D由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核 也一定是不稳定的 4下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是( 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 5下列
6、说法中正确的是( B ) 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 C核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量 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 6对公式 E mc2的正确理解是( ABD ) A如果物体的能量减少了 E，它的质量也一定相应减少 m B如果物体的质量增加了 m，它的能量也一定相应增加 mc2 C m 是某原子核在衰变过程中增加的质量 D在把核子结合成原子核时，若放出的能量是 E，则这些核子的质量和与组成原子 核的质量之差就是 m 7
7、中子 n、质子 p、氘核 D 的质量分别为 mn、 mp、 mD.现用能量为 E 的 射线照射静 止氘核使之分解，核反应方程为 D pn，若分解后的中子、质子的动能可视为相 等，则中子的动能是( C ) A. (mD mp mn)c2 E 12 B. (mp mn mD)c2 E 12 C. (mD mp mn)c2 E 12 D. (mp mn mD)c2 E 12 8原子质量单位为 u,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，真空中光速为 c.当质量分别为 m1 kg 和 m2 kg 的原子核结合为质量为 M kg 的原子核时，释放出的能量是( C ) A( M m1 m2)uc2 J
8、 B( m1 m2 M)u931.5 J C( m1 m2 M)c2 J D( m1 m2 M)931.5 eV 9已知：氮核质量 MN14.007 53 u，氧 17 核的质量为 MO17.004 54 u，氦核质量 MHe4.003 87 u，氢核质量为 MH1.008 15 u. 试判断： N He O H 这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？147 42 178 1 参考答案 1选 B 分子力作用范围约在 1010 m 数量级上，强相互作用和弱相互作用都是短程 力，作用范围在 1015 m 和 1018 m 之内，在这个距离上分子力不存在在这个范围内引 力相互作用和电磁相互作
9、用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽 略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用故正确答案为 B. 2选 CD 由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知 A、B 错误；当 n 个 核子靠近到核力作用范围内，而距离大于 0.81015 m，核力表现为引力，在此过程核力 必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于 0.81015 m，故 C 正确； 对质子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑 斥力，随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才 能维系二者的平衡，故 D 正确 3选 D 较轻的原子核
10、中质子数与中子数大致相等，但在重原子核内中子数多于质子 数，A、B 错有些原子核是不稳定的，如具有放射性的原子核，C 错由于核力是短程力 及核力的饱和性，原子核增大到一定程度，即使能形成原子核，原子核也是不稳定的综 上所述，只有选项 D 正确 4选 D 核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，A 错；比结 合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量 原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C 错；中等 质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也 比轻核大，D 正确 5选 B E
11、 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，A 错误，B 正确核反应中的“质量亏 损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量， 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，D 错误故正确答案为 B. 6选 ABD 一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了 E，它的质量也一定相 应减少 m，即发生质量亏损，所以选项 A、D 正确如果物体的质量增加了 m，它的能 量一定相应增加 mc2，所以选项 B 正
12、确某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以 选项 C 错误 7选 C 核反应过程中释放的能量 E mc2( mD mp mn)c2，质子和中子的总动 能为 Ek E E，中子的动能是总动能的一半，故 C 正确 8选 C 在核能计算时，如果质量单位是 kg，则用 E mc2进行计算，单位是 J； 若质量单位是 u，则利用 E m931.5 MeV 进行计算，则选项 C 正确 9解析：反应前总质量： MN MHe18.011 40 u. 反应后总质量： MO MH18.012 69 u. 可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应 吸收的能量利用 E mc2来计算，若反应过程中质量亏损 1 u，就会释放 931.5 MeV 的能量，故： E(18.012 6918.011 40)931.5 MeV1.2 MeV 答案：吸收能量，能量变化 1.2 MeV
