2020届高三物理一轮复习导学案
十八、原子和原子核（3）
原子核的组成、核力和核能
【目标】
1、知道原子核的组成和核力的概念
2、理解核能的概念，知道获得核能的两种途径
【导入】
一、原子核的组成：
原子核由质子和中子（统称为核子）组成．原子序数=核电荷数=核外电子数=质子数；原子核质量数A=质子数Z十中子数N。
二、核反应
某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．
三、核力：核子之间的引力．
1、核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间，中子与中子间都可以有核力作用．
2、是一种强相互作用．
3、是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．
四、核能（原子核的结合能）
1、核能．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．
例如1
1H+ 1
n→2
1
H+△E （△E=2.22 MeV）
2．核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2或△E=△m c2；其单位有两种选择方法：
（1）m或△m用“kg”，c用“m／s，”则 E（或△E）的单位为“J”
（2）m或△m用“u”（原子质量单位），则E（或△E）的单位用uc2，根据1u相当于931.5 MeV能量公式变为
E＝m × 931.5 MeV或△E=△m ×931.5 MeV；E（或△E）的单位为“MeV”．3．获得核能的两种途径：
（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．
铀核裂变的反应为：235
92U+ 1
n→139
54
Xe+95
38
Sr+ 21
n +217MeV
在一定条件下，如铀块大于临界体积时，裂变反应是链式反应，会放出大量能量．原子弹爆炸是激烈的裂变反应．秦山核电站和大亚湾核电站也是利用裂变反应．（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．例如氘核和氚核聚合成氦
核．2
1H＋3
1
H→4
2
He＋1
n＋17.6MeV
（几百万度）使核外电子脱离，核具有足够大的动能接近到10-15 mm以下距离内，聚变称为热核反应．氢弹是利用热核反应制造的一种大规模杀伤性武器，太阳内部进行着激烈的热核反应。
【导研】
[例1]已知π+介子、π—介子都是由一个夸克（夸克u或夸克d）和一个反夸克（反夸克u或反夸克d）组成的，它们的带电量如下表所示，表中e为元电荷。
下列说法正确的是（）
A．π+由u和d组成B．π+由d和u组成
C．π—由u和d组成D．π—由d和u组成
[例2] 在原子物理的研究中经常用到核子平均结合能的概念，核子平均结合能是指质子、中子结合成某原子核时每个核子放出核能的平均值。
下图为核子平均结合能与原子序数Z的关系图像．下列说法中正确的是（）
A．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量小
B．某原子核的核子平均结合能大，则其核子的平均质量大
C．若D、E能结合成F，结合过程一定放出能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定吸收能量
[例3]目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。
U 夸克带电量为2e/3，d夸克带电量为-e/3，e为基元电荷。
下列论断可能正确的是（）
A．质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C．质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D．质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成[例4]（09·重庆·16）某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论，其中的两
个核反应方程为1
1H+12
6
C→13
7
N+
1
Q，1
1
H+15
7
N→12
6
C+X+
2
Q。
方程式中Q1、
2
Q表示
释放的能量，相关的原子核质量见下表（）
A ．X 是32He ，21Q Q >
B ． X 是42He ，21Q Q >
C ．X 是32He ，21Q Q <
D ． X 是42He ，21Q Q <
[例5]月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3（He 32）”的化学元素，是热核聚变重要原料。
科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。
关于“氦3（He 32）”与氘核聚变，下列说法中正确的是（ ）
A ．核反应方程为H He H He 11422132+→+
B ．核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量
C ．氨3（He 32）一个核子的结合能大于氦4（He 42）一个核子的结合能
D ．氦3（He 32）的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量 【导练】
1、对下列四个方程理解正确的是 ( )
①24241112Na Mg X →+； ②23511419292056363U n Ba Kr X
+→++ ③321211He H X H +→+ ④192219101F X Ne H
+→+ A ．方程①是衰变方程，其中X 是β粒子
B ．方程②是裂变方程，其中X 是质子，且释放出核能
C ．方程③是聚变方程，其中X 是α粒子，且要吸收能量
D ．方程④是人工核转变方程，其中X 是α粒子
2、科学家发现在月球上含有丰富的32He （氦3）。
它是一种高效、清洁、安全的核
聚变燃料其参与的一种核聚变反应的方程式为3314
221
22He He H He +→+。
关于32He 聚变下列表述正确的是（ ）
A ．聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核 C ．聚变反应没有质量亏损 D.目前核电站都采用32He 聚变反应发电
3、（08全国卷Ⅱ）中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE ＝Δm c2＝2.2 MeV 是氘核的结合能，下列说法正确的是（ ）
A ．用能量小于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和中子
B ．用能量等于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和中子，它们的动能之和为零
C ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和中子，它们的动能之和为零
D ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和中子，它们的动能之和不为零
4、（08北京卷）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．已知质子、中子、氘核的质量分别为m 1、m 2、m 3，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11H+10n →3
1H+γ B ．反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3
C ．γ光子的能量E ＝(m 3－m 1－m 2)c 2
D ．γ光子的波长2
123()h
m m m c λ=+-
5、（1）在氘核和氚核结合成氦核的核反应方程如下：MeV n He H H 6.1710423121++→+ ①这个核反应称为
②要发生这样的核反应，需要将反映物质的温度加热到几百万开尔文。
式中17.6MeV 是核反应中 （选填“放出”或“吸收”）的能量，核反应后生成物的总质量比核反应前物质的总质量 （选填“增加”或“减少”）了。