高中物理 第5章 核能与社会 5.1 核能来自何方学案 沪科版选修35

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1、5.1核能来自何方学习目标重点难点1知道核力的概念及特点。2记住原子核的结合能、平均结合能及质量亏损的定义。3会用爱因斯坦质能方程计算释放的核能。重点：核力的特点及质能方程的应用。难点：质量亏损的计算、原子质量单位的理解。一、强大的核力1定义：组成原子核的邻近的核子之间存在的一种特殊的力。2特点：核力是一种强相互作用力，它比电磁力和万有引力大得多；它也是一种短程力，它的作用距离只有1015m的数量级。预习交流1一个核子和原子核内所有的核子之间都存在核力吗？答案：不是。核力是短程力，一个核子只能对跟它相邻的少数核子发生显著的相互作用力，与其他不相邻的核子之间基本没有相互作用力。二、结合能1结合能

2、：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量。2平均结合能：核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量。预习交流2结合能与平均结合能相比，哪个更能表示原子核的稳定性？答案：平均结合能。三、如何计算结合能1质量亏损：组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差。2释放核能的计算公式：Emc2预习交流3有人说，质量亏损就是核子数变少了；也有人说，质量亏损，意味着质量消失了。这两种说法对吗？答案：这两种说法都不对。在核反应过程，核子的总数没有变化，但原子核的质量比组成它的核子的总质量小了；质量亏损也并不是质量无缘无故地消失了，而是亏损的那部分质量将伴随着能量放出了。一、原子核中质子与中

3、子的比例原子核中质子与中子的个数相同吗？重核的中子数为什么一般多于质子数？答案：较轻原子核的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，原子核越重，两者相差越大。中子与质子相比，它与其他核子之间只有核力而没有电磁斥力，故中子比质子更有维持原子核稳定的一面，所以稳定的重原子核里面，中子数要比质子数多。对核子结合成原子核的下列说法正确的是（）。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稳定原子核的质子数总是与中子数相等D对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用答案：D解析：核力是短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；

4、核力只作用于相邻的核子，随着质子数增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用，故C错误，D正确。1核力是短程力，只有相邻核子之间才存在核力。2核力是强相互作用力，它比电磁力和万有引力大得多。若核力的作用强度规定为1，则电磁力的强度数量级是102，万有引力的数量级是1038。3由于核力作用的范围很小，只在1015 m范围内起作用，这导致了原子核的大小受到限制。二、结合能和平均结合能平均结合能大的原子核稳定还是平均结合能小的原子核稳定？答案：平均结合能大的原子核比较稳定，中等质量的原子核比质量较小的原子核和质量较大的原子核的平均结合能都大，所以中等质量的原子核比质量较小的原子核

5、和质量较大的原子核都稳定。在一次核反应中U变成Xe和Sr，同时放出了若干中子。U的平均结合能约为7.6 MeV，Xe的平均结合能约为8.4 MeV，Sr的平均结合能约为8.7 MeV。求：（1）把U分解为核子时，要吸收多少能量？（2）使相应的核分别结合成Xe和Sr时，要释放出多少能量？答案：（1）1 786 MeV（2）1 142.4 MeV783 MeV解析：（1）把U分解为核子时要吸收的能量为E12357.6 MeV1 786 MeV。（2）核子结合成Xe释放出的能量为E21368.4 MeV1 142.4 MeV核子结合成Sr释放出的能量为E3908.7 MeV783 MeV。1平均结合

6、能是原子核的结合能与核的核子数的比值，此比值大，表示原子核稳定。2结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是核子结合成原子核时放出的能量，结合能也等于把核子分开时需要吸收的能量。三、质能方程与核能的计算什么是质量亏损？它和释放的核能有什么关系？答案：质量亏损是核子结合成原子核时，原子核的质量比组成它的核子的总质量小了，质量减小对应的能量辐射出去了，根据爱因斯坦质能方程，辐射的能量Emc2，但要注意核反应前后核子的总数目没有变化。已知氮核质量mN14.007 35 u，氧核质量mO17.004 54 u，氦核质量mHe4.003 87 u，质子质量mH1.008 15 u，试判断核反应：

7、NHeOH是吸能反应还是放能反应，能量变化多少？答案：1.4 MeV解析：反应前总质量mNmHe18.011 22 u反应后总质量mOmH18.012 69 u因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为Emc2（mOmH）（mNmHe）c2（18.012 6918.011 22）931.5 MeV1.4 MeV。计算核能的方法：1核能的计算一般是算出质量亏损后根据质能方程求，即Emc2，此时公式中的单位分别是J、kg、m/s。2如果质量亏损m用u为单位，根据Em931.5 MeV求，此时核能的单位是MeV。3特殊情况下也可以用平均结合能、能量守恒、阿伏加德罗常数求核能。1下列说法正确

8、的是（）。A一切原子核均具有结合能B自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C结合能越大的原子核越稳定D平均结合能越大的原子核越稳定答案：AD解析：由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量。反之，将原子核分开变为自由核子需要吸收能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子较多的原子核的结合能越大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确。2核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为（）。A原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C核子间存在着强大的核力D核子间存在

9、着复杂的磁力答案：C解析：只有核子间存在着强大的核力，才伴随着巨大的能量变化，因为功是能量转化的量度，有巨大的能量变化，就得做功多，所以选C。3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核力就是短程力，作用范围在2.01015 m左右D核力与电荷有关答案：C解析：核力是短程力，作用范围在2.01015 m左右，它不能延伸到31015 m以外，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，所以选C。4关于质能方程，下列说法正确的是（）。A质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量B物体获得一定的能量，它的质量也相应

10、地增加一定值C物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系D某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的答案：BD解析：质能方程Emc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据Emc2进行计算，所以B、D正确。5关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是（）。A原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功B原子核的结合能等于所有核子从原子核中分离，外力克服核力做的功C平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能

11、比轻核的平均结合能大答案：ABC解析：原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功。当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量。对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能。不同原子核的平均结合能不同。重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小。综上所述，正确选项为A、B、C。6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375