專題5.3核力與結(jié)合能（七大題型）

專題5.3核力與結(jié)合能（七大題型）知識點1核力與四種基本相互作用知識點2結(jié)合能知識點3質(zhì)量虧損題型一：核力的性質(zhì)題型二：自然界的四種基本相互作用題型三：原子核中質(zhì)子與中子的比例題型四：分析原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能題型五：元素核子平均質(zhì)量曲線題型六：元素的比結(jié)合能曲線題型七：計算核反應中的質(zhì)量虧損作業(yè)鞏固訓練核力與四種基本相互作用核力與四種基本相互作用知識點1一、核力1、定義原子核內(nèi)核子之間的相互作用力。2、特點核力是參與強相互作用的一種表現(xiàn)，在原子核的尺度內(nèi)，核力比庫侖力大得多。核力是短程力，作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，核力在大于0.8×10－15m時表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，超過1.5×10－15m，核力急劇下降幾乎消失；而在距離小于0.8×10－15m時，核力表現(xiàn)為斥力。核力具有電荷無關(guān)性。核力與核子電荷無關(guān)。核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。二、四種基本相互作用1、弱力(弱相互作用)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，屬于短程力。2、強力(強相互作用)在原子核內(nèi)，強力將核子束縛在一起，屬于短程力。3、電磁力電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結(jié)合成分子，使分子結(jié)合成液體或固體，屬于長程力。4、萬有引力萬有引力主要在宏觀和宇觀尺度上“獨領(lǐng)風騷”。萬有引力使行星繞著恒星轉(zhuǎn)，并且聯(lián)系著星系團，決定著宇宙的現(xiàn)狀。萬有引力屬于長程力?！疽谆煲族e警示】四種基本相互作用：題型一：核力的性質(zhì)【典例11】質(zhì)子帶正電，但質(zhì)子（與中子一起）卻能聚在一起構(gòu)成原子核，其原因是（）A．質(zhì)子與質(zhì)子之間存在電磁力的作用 B．中子與中子之間存在萬有引力的作用C．質(zhì)子與中子之間存在弱相互作用力 D．中子及質(zhì)子之間存在強相互作用力【答案】D【詳解】原子核內(nèi)有一種短程力，叫核力，屬于強相互作用力，這種核力使質(zhì)子與中子聚合在一起構(gòu)成原子核。故選D。【變式11】現(xiàn)代物理學認為，自然界存在著四種基本相互作用，那么引起原子核衰變的是以下哪種相互作用（）A．引力相互作用 B．電磁相互作用C．強相互作用 D．弱相互作用【答案】D【詳解】自然界的各種作用力歸結(jié)起來是四種最基本的相互作用：引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。弱相互作用引是起原子核衰變的原因。故選D。題型二：自然界的四種基本相互作用https://zujuan.xkw/gzwl/zj/_blankhttps://zujuan.xkw/gzwl/zj/_blank"自然界的四種基本相互作用【典例12】擲標槍競賽是奧運會田徑競賽項目，某運動員在助跑后將標槍從擲出。投擲過程中，運動員對標槍的力屬于（

）A．引力相互作用 B．電磁相互作用 C．強相互作用 D．弱相互作用【答案】B【詳解】投擲過程中，運動員對標槍的力是彈力，本質(zhì)上是由電場力引起的，屬于電磁相互作用，故選B?！咀兪?2】下列物體間的作用力，屬于萬有引力的是（）A．磁鐵對碎鐵屑的吸引力 B．太陽與地球之間的吸引力C．異種電荷之間的吸引力 D．異名磁極之間的吸引力【答案】B【詳解】太陽與地球之間的吸引力屬于萬有引力，其他屬于電磁力。故選B。結(jié)合能結(jié)合能知識點2一、結(jié)合能1、定義原子核是核子憑借核力結(jié)合在一起構(gòu)成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的結(jié)合能，它等于核子結(jié)合為原子核時放出的能量。2、比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與其核子數(shù)之比，稱作比結(jié)合能．它反映了原子核的穩(wěn)定程度。3、比結(jié)合能曲線不同原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)變化的圖線如下圖所示。從圖中可看出，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能最大，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核要小。4、比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩(wěn)定。核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核，比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。當比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時，就可能釋放核能。例如，一個核子數(shù)較大的重核分裂成兩個核子數(shù)小一些的核，或者兩個核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能?！疽谆煲族e警示】原子核中質(zhì)子與中子的比例關(guān)系：較輕的原子核質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)大致相等，但對于較重的原子核，其中子數(shù)大于質(zhì)子數(shù)，越重的原子核，兩者相差越多。形成原因：①若質(zhì)子與中子成對地人工構(gòu)建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。②若只增加中子，因為中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核中子數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多。③由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。題型三：原子核中質(zhì)子與中子的比例【典例21】在自然界穩(wěn)定的原子核中，中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)之間的關(guān)系如圖所示。根據(jù)圖中所提供的信息及原子核的有關(guān)知識，對于在自然界中的穩(wěn)定原子核，下列說法正確的是（）A．較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等B．較重的原子核，質(zhì)子數(shù)大于中子數(shù)C．越重的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)差值越小D．在很大的原子核中，可以有質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的情況【答案】A【分析】較輕的原子核，核子中，質(zhì)子和質(zhì)子間的核力遠遠大于斥力，這時組成原子核的中子和質(zhì)子數(shù)目相當；而較重的原子核，由于質(zhì)子與質(zhì)子間的核力明顯減弱，而斥力相對較大，不容易結(jié)合到原子核上，這時候，不帶電的中子，依靠核力，可以繼續(xù)增加，所以中子數(shù)目相對較多；越重的原子核，中子越不容易結(jié)合上去，導致中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)的差值越來越大?！驹斀狻緼B．根據(jù)題中給的中子數(shù)(N)和質(zhì)子數(shù)(Z)關(guān)系圖可知，較輕的原子核，質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)大致相等；而較重的原子核，中子數(shù)明顯多于質(zhì)子數(shù)，A正確，B錯誤；C．由圖可知，越重的原子核，中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)差值越大，C錯誤；D．在很大的原子核中，由于核力明顯減弱，質(zhì)子和質(zhì)子間的排斥作用，導致質(zhì)子結(jié)合到原子核的數(shù)目越來越少，不可能出現(xiàn)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)相等的情況，D錯誤；故選A?！咀兪?1】下列說法中正確的是（）A．質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等B．兩個質(zhì)子之間，不管距離如何。核力總是大于庫侖力C．同一種元素的原子核有相同的質(zhì)量數(shù)，但中子數(shù)可以不同D．除萬有引力外，兩個中子之間不存在其他相互作用力【答案】A【詳解】A．質(zhì)子與中子質(zhì)量數(shù)相同，各自質(zhì)量不等，中子質(zhì)量比質(zhì)子質(zhì)量稍大一點，故A正確；B．粒子的核力隨距離變化，并不總大于庫侖力，故B錯誤；C．同位素之間核電核數(shù)相同，中子數(shù)不同，質(zhì)量數(shù)不相同，故C錯誤；D．核子之間除萬有引力之外，還存在核力、庫侖力，故D錯誤。故選A。題型四：分析原子核的結(jié)合能與比結(jié)合能【典例22】如圖為原子核的比結(jié)合能曲線，橫坐標為質(zhì)量數(shù)，縱坐標為比結(jié)合能，由圖可知（）【答案】BB．鈾核裂變生成中等核，比結(jié)合能增大，釋放能量，故B符合題意；D．比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定，故D不符合題意。故選B?！咀兪?2】鐵的原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此生活中通常用“關(guān)系鐵”、“鐵哥們兒”、“老鐵”來形容關(guān)系好。鐵的原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是因為鐵的（）A．導熱性能強 B．密度大C．結(jié)合能大 D．平均核子質(zhì)量小【答案】D【詳解】鐵的原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定是因為鐵的平均核子質(zhì)量小，比結(jié)合能大，原子核穩(wěn)定。故選D。題型五：元素核子平均質(zhì)量曲線【典例23】人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量（原子核的質(zhì)量除以核子數(shù)）與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系。下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應的說法正確的是（）A．原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損，要吸收能量B．原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損，要放出核能C．已知原子核A裂變成原子核B和C時放出的射線能使某金屬板逸出光電子，若增加射線強度，則逸出光電子的最大初動能增大D．原子核D比原子核F更穩(wěn)定【答案】B【詳解】A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時會有質(zhì)量虧損，要放出能量，故A錯誤；B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時會有質(zhì)量虧損，要放出核能，故B正確；C．根據(jù)愛因斯坦的光電效應方程，光電子的最大初動能只與入射光的頻率有關(guān)，與強度無關(guān)，若增加射線強度，逸出光電子的最大初動能不變，故C錯誤；D．原子核D比原子核F的核子平均質(zhì)量大，原子核F比原子核D更穩(wěn)定，故D錯誤；故選B。【變式23】研究表明原子核核子的平均質(zhì)量（原子核的質(zhì)量除以核子數(shù)）與原子序數(shù)有如圖所示的關(guān)系。一般認為大于鐵原子核質(zhì)量數(shù)（56）的為重核，小于則是輕核。下列對該圖像的理解正確的是（）A．從圖中可以看出，F(xiàn)e原子核最穩(wěn)定B．從圖中可以看出，重核A裂變成原子核B和C時，需要吸收能量C．從圖中可以看出，輕核D和E發(fā)生聚變生成原子核F時，需要吸收能量D．從圖中可以看出，重核隨原子序數(shù)的增加，比結(jié)合能變大【答案】A【詳解】A．輕核可聚變?yōu)楦€(wěn)定的核，重核可裂變?yōu)楦€(wěn)定的核，則Fe原子核最穩(wěn)定，A正確；B．重核A裂變成原子核B和C時，由圖可知，核子平均質(zhì)量減小，裂變過程存在質(zhì)量虧損，需要釋放能量，B錯誤；C．輕核D和E發(fā)生聚變生成原子核F時，由圖可知，核子平均質(zhì)量減小，聚變過程存在質(zhì)量虧損，需要釋放能量，C錯誤；D．由圖可知重核隨原子序數(shù)的增加，原子核越不穩(wěn)定，故比結(jié)合能越小，D錯誤。故選A。題型六：元素的比結(jié)合能曲線【典例24】原子核的比結(jié)合能曲線如圖所示，其中為結(jié)合能，A為核子數(shù)。根據(jù)該曲線，下列判斷中正確的是（）A．核比核更穩(wěn)定B．核的結(jié)合能約為5.4MeVC．兩個核結(jié)合成核時釋放能量【答案】C【詳解】A．核的比結(jié)合能比更大，則核比更穩(wěn)定，選項A錯誤；C．兩個核結(jié)合成核時，因核比結(jié)合能比核更大，可知釋放能量，選項C正確；故選C。【變式24】如圖所示，不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的，關(guān)于圖中X、Y、Z三個原子核，下列判斷正確的是（）A．Z最穩(wěn)定 B．Z的結(jié)合能最大C．X的比結(jié)合能最大 D．Z可能裂變生成X、Y【答案】A【詳解】AC．根據(jù)圖像，Z的比結(jié)合能最大，X的比結(jié)合能最小；比結(jié)合能越大原子核越穩(wěn)定，Z原子核最穩(wěn)定，A正確，C錯誤；B．組成原子核的核子數(shù)越多，結(jié)合能越大，X的結(jié)合能最大，B錯誤；D．不管是在裂變還是在聚變中，比結(jié)合能都要變大；Z不可能裂變生成X、Y，D錯誤。故選A。質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損知識點3一、質(zhì)量虧損1、定義原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和的現(xiàn)象。2、特點質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。質(zhì)量虧損只有在核反應中才能明顯地表現(xiàn)出來。3、質(zhì)能方程物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系是：E＝mc2。4、核能計算的五種類型根據(jù)質(zhì)量虧損公式ΔE＝Δmc2計算。利用原子質(zhì)量單位u和電子伏特間的關(guān)系計算ΔE＝Δm·931.5MeV/u。利用平均結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子的平均結(jié)合能×核子數(shù)。核反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反應后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能。根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能：參與核反應的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應過程中的動量和能量是守恒的，因此，在題給條件中沒有涉及質(zhì)量虧損，或者核反應所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下，從動量和能量守恒可以計算出釋放的核能。應用阿伏加德羅常數(shù)計算核能：若要計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應所放出的總能量，應用阿伏加德羅常數(shù)計算核能較為簡便。①根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M由n＝eq\f(m,M)求出物質(zhì)的量，并求出原子核的個數(shù)：N＝NAn＝NAeq\f(m,M)。②由題設(shè)條件求出一個原子核與另一個原子核反應放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0)。③再根據(jù)E＝NE0求出總能量?！疽谆煲族e警示】質(zhì)量虧損Δm的理解：所謂質(zhì)量虧損，并不是質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量在核子結(jié)合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。質(zhì)能方程E＝mc2的理解：根據(jù)質(zhì)能方程，物體的總能量與其質(zhì)量成正比。物體質(zhì)量增加，則總能量隨之增加；質(zhì)量減少，總能量也隨之減少，這時質(zhì)能方程也寫作ΔE＝Δmc2。運用質(zhì)能方程時應注意單位。一般情況下，公式中各量都應取國際單位制單位。但在微觀領(lǐng)域，用國際單位制單位往往比較麻煩，習慣上常用“原子質(zhì)量單位”和“電子伏特”作為質(zhì)量和能量的單位，1u對應931.5MeV能量。題型七：計算核反應中的質(zhì)量虧損"\t"https://zujuan.xkw/gzwl/zj/_blank"計算核反應中的質(zhì)量虧損【答案】B【詳解】鐳核發(fā)生衰變的衰變方程為令氦核的質(zhì)量為，氡核的質(zhì)量為，則根據(jù)動量守恒定律可得其中所以氡核的動能為根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，總的質(zhì)量虧損為故選B?！咀兪?1】原子核的比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化圖像如圖所示，根據(jù)該圖像和對核能的認識，下列說法正確的是（）A．質(zhì)量數(shù)越大，比結(jié)合能越大B．質(zhì)量數(shù)較小的輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核時要吸收能量C．比結(jié)合能越大的原子核，核子平均質(zhì)量越小D．一重原子核衰變成粒子和另一原子核，衰變產(chǎn)物的質(zhì)量之和一定大于原來重核的質(zhì)量【答案】C【詳解】A．根據(jù)圖像可知，隨質(zhì)量數(shù)的增大，原子核的比結(jié)合能先增大后減小，故A錯誤；B．質(zhì)量數(shù)較小的輕核的比結(jié)合能小于中等質(zhì)量的核的比結(jié)合能，可知，質(zhì)量數(shù)較小的輕核結(jié)合成中等質(zhì)量的核時要釋放能量，故B錯誤；C．比結(jié)合能越大的原子核，原子核越穩(wěn)定，核子的平均質(zhì)量越小，故C正確；D．一重原子核衰變成粒子和另一原子核，該核反應釋放能量，根據(jù)質(zhì)能方程可知，反應過程存在質(zhì)量虧損，即衰變產(chǎn)物的質(zhì)量之和一定小于原來重核的質(zhì)量，故D錯誤。故選C。多選題A．小圓對應的粒子的運動方向為逆時針方向【答案】ABC可得可知，電荷越大，其運動時的軌跡半徑越小，由此可知小圓對應的粒子電荷更大，且其所帶電荷為正電荷，根據(jù)左手定則可知，小圓對應的粒子的運動方向為逆時針方向，而根據(jù)左手定則結(jié)合軌跡可知，大圓對應的粒子帶負電，則可確定該衰變?yōu)棣滤プ?，故AB正確；C．根據(jù)以上分析，寫出其衰變方程為故選ABC。2．如圖所示是原子核的平均結(jié)合能（也稱比結(jié)合能）與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖像，通過該圖像可以得出一些原子核的平均結(jié)合能，如的核子平均結(jié)合能約為8MeV，的核子平均結(jié)合能約為7MeV，根據(jù)該圖像判斷下列說法正確的是（

）A．隨著原子質(zhì)量數(shù)的增加，原子核的平均結(jié)合能增大B．核的平均結(jié)合能最大，最穩(wěn)定C．把分成8個質(zhì)子和8個中子比把分成4個要多提供約16MeV的能量D．把分成8個質(zhì)子和8個中子比把分成4個要多提供約112MeV的能量【答案】BD【詳解】A．根據(jù)題圖，隨著原子質(zhì)量數(shù)的增加，原子核的平均結(jié)合能先增大后減小，故A錯誤；B．核的平均結(jié)合能最大，最穩(wěn)定，故B正確；CD．把分成8個質(zhì)子和8個中子，需要提供的能量約為把分成4個要提供的能量約為提供的能量的差值為故C錯誤，D正確。故選BD。D．是光子，不具有能量【答案】BCD．是光子，具有能量，故D錯誤。故選BC。A．X原子核中含有86個中子【答案】AB【詳解】A．由核反應方程的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知X原子核中含有質(zhì)子數(shù)92?38=54中子數(shù)235+1?94?2?54=86故A正確；C．原子核中核子結(jié)合時平均每個核子的質(zhì)量虧損能量越多，原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子核越穩(wěn)定，原子核中核子結(jié)合時平