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知识点归纳 知识点一、核力与四种基本相互作用 1．核力的定义：原子核内核子之间的相互作用力． 2．核力的特点． (1)核力是参与强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多． (2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m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1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力． (3)核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用． 3．四种基本相互作用力． 弱力、强力、电磁力、万有引力分别在不同的尺度上发挥作用： (1)弱力(弱相互作用)：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，属于短程力； (2)强力(强相互作用)：在原子核内，强力将核子束缚在一起，属于短程力； (3)电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体或固体，属于长程力； (4)万有引力：万有引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”．万有引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状．万有引力属于长程力． 知识点二、原子核中质子与中子的比例和结合能 1．原子核中质子与中子的比例． (1)轻原子核：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等． (2)重原子核：但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差就越大． 2．结合能与质量亏损． (1)结合能：把原子核分解为独立的核子，需要克服强大的核力做功，因此吸收的能量或核力把核子结合在一起放出的能量，称为原子核的结合能． (2)比结合能：结合能与核子数之比称为比结合能，比结合能越大，表示原子核中核子结合的越牢固，原子核越稳定． 知识点三、对结合能和比结合能的理解 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，也需要能量，这就是原子核的结合能，它等于核子结合为原子核时放出的能量． 2．比结合能：原子核的结合能与其核子数之比，称作比结合能．它反映了原子核的稳定程度． 3．比结合能曲线：不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示．
从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小． 4．比结合能与原子核稳定的关系． (1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定． (2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定． (3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能． 知识点四、质量亏损 (1)质量亏损：核反应前与反应后的总质量之差称为质量亏损． (2)爱因斯坦质能方程：E＝mc2． (3)核能的计算：ΔE＝Δmc2，其中Δm是质量亏损． 知识点五、对质能方程的理解和核能的计算 1．对质量亏损的理解． (1)质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给． (2)质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来． (3)Δm是核反应前与核反应后的质量之差． 2．对质能方程E＝mv2本质的理解． 爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的转变关系．对于质量亏损，不能理解为质量变成了能量，质能方程的本质是： (1)质量或能量是物质的属性之一，绝不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来． (2)质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量可以相互转化． (3)质量亏损不是否定了质量守恒定律．根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立． 3．核反应中由于质量亏损而释放的能量ΔE＝Δmc2. 从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δm的关系：ΔE＝Δmc2. 4．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法． 根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量． 知识点六、核能计算的五种类型 (1)根据质量亏损公式ΔE＝Δmc2计算。 (2)利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算ΔE＝Δm·931.5 MeV/u。 (3)利用平均结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数。核反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。 (4)根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，从动量和能量守恒可以计算出释放的核能。 (5)应用阿伏加德罗常数计算核能 若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏加德罗常数计算核能较为简便。 ①根据物体的质量m和摩尔质量M由n＝求出物质的量，并求出原子核的个数：N＝NAn＝NA。 ②由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)。 ③再根据E＝NE0求出总能量。 典例分析 一、结合能的应用
A.释放出4.9 MeV的能量 B.释放出6.0 MeV的能量 C.释放出24.0 MeV的能量 D.吸收4.9 MeV的能量 解析 核反应方程：2H→He＋γ，聚变反应前两个，H的总结合能为E1＝1.1×4 MeV＝4.4 MeV，反应后生成的氦核的结合能为：E2＝7.1×4 MeV＝28.4 MeV，所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝（28.4－4.4）MeV＝24 MeV. 答案 C 归纳总结：核反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒；核反应中释放的核能是由于核力做功引起的． 二、质量亏损的应用
C.1.16×10－9 J D.1.16×10－12 J 解析 根据质量亏损，结合爱因斯坦质能方程求出核反应中释放的核能.该核反应的质量亏损Δm＝4.002 6×3－12.000 0 u＝0.007 8 u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.007 8×931.5 MeV＝7.266 MeV＝1.16×10－12 J.故D正确，A、B、C错误.故选：D. 答案 D 自我检测 1．关于原子核的结合能，下列说法正确的是( ) A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能 D．比结合能越大，原子核越不稳定 解析 结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误． 答案 ABC 2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( ) A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2 解析 由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3 可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确． 答案 C 3．下列判断中正确的是( ) A．组成92U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用 B．组成U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用 C．组成U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用 D．组成U核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力之外还都存在不可忽略的核力作用 解析 核力是组成原子核的相邻核子之间存在的特殊的力，它是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，所以并非任何两个核子、质子、中子之间都存在不可忽略的核力作用，故A、B错误；库仑力与距离的平方成反比，所以在距离很小的尺度内库仑力不可忽略，故C正确；由A、B分析可知，D错误。 答案 C 4．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．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 解析 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0.8×10－15 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0.8×10－15 m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的核子间才有核力，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。 答案 CD 5．下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是( ) 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 解析 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错误；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错误；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。 答案 D 6．下列说法正确的是( ) A．爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化 B．由质能方程可知，能量与质量之间存在正比关系，可以用物体的质量作为它所含有的能量的量度 C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的 D．因在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量不守恒 解析 质能方程说明了质量与能量之间具有一定的联系，但不能说物体质量就是能量，在核反应中，能量随着质量亏损释放出来，二者不是互相转化的关系，故A、C错误；根据E＝mc2，可知物体的能量与质量存在正比关系，所以可以将物体的质量作为它所含有的能量的量度，故B正确；在核反应中，系统的质量数守恒，总能量也守恒，产生的能量是由反应前后的质量亏损释放出来的，而所谓的质量亏损也是指静质量转化为动质量的部分，故D错误。 答案 B 7．一个铍原子核(Be)从最靠近核的K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核(Li)，并放出一个不带电的、质量接近零的中微子νe(质量不计)，人们把这种衰变叫做铍核的EC衰变，核反应方程为：Be＋e→Li＋νe。已知一个铍原子质量为m1，一个锂原子质量为m2，一个电子质量为me，光速为c，则一个铍原子核发生上述核反应释放的能量为( ) A．(m1－m2)c2 B．(m1＋me＋m2)c2 C．(m1＋me－m2)c2 D．(m2－m1－me)c2 解析 铍原子核的质量为m1－4me，锂原子核的质量为m2－3me，则质量亏损为(m1－4me＋me)－(m2－3me)＝m1－m2，故核反应中释放的能量为(m1－m2)c2。A正确。 答案 A 8．如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图象，下列说法正确的是( )
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量 B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量 C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量 D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量 解析 D、E平均核子质量大于F平均核子质量，D、E结合成F，出现质量亏损，要释放能量，A正确，B错误；C、B结合成A，F、C结合成B都是质量增加，结合过程要吸收能量，C、D错误。 答案 A 9．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子，假设γ光子携带所有释放的核能。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是( ) A．核反应方程是H＋n→H＋γ B．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3 C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c D．γ光子的波长λ＝ 解析 根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒可知该核反应方程为：H＋n→H＋γ，故A错误；聚变过程中辐射出γ光子，质量亏损Δm＝m1＋m2－m3，故B正确；由质能方程知，辐射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3)c2，故C错误；由E＝知，γ光子的波长λ＝，故D错误。 答案 B 9．已知氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量MH＝1.008 15 u，试判断：N＋He→O＋H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？(已知1 u相当于931.5 MeV的能量) 解析 反应前总质量：MN＋MHe＝18.011 40 u， 反应后总质量：MO＋MH＝18.012 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． 故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV. 答案 吸收能量 1.2 MeV |
A.7.266 eV