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1、第 - 1 - 页 共 6 页 4.原子核的结合能4.原子核的结合能 学习目标 1.知道原子核的结合能及质量亏损，并能用质能方程进行计算(重点、难 点)2.知道比结合能的概念，知道比结合能越大的原子核越稳定，了解比结合能曲线的意 义(重点) 一、原子核的结合能及其计算 1结合能 核子结合成原子核所释放的能量 2质能关系 (1)物体的能量与其质量的关系式Emc2. (2)能量计算 Emc2. 3质量亏损 核反应中的质量减少称为质量亏损 二、比结合能 1比结合能 原子核的结合能 E除以核子数A，即称为原子核的比结合能，又叫平均结合能 E A 2核聚变和核裂变 (1)核聚变：两个轻核结合成较重的单个
2、原子核时会释放能量，这样的过程叫核聚变两 个氘核的聚变： H H He. 2 12 14 2 (2)核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出能量，这样的过程叫核 裂变 1正误判断(正确的打“” ，错误的打“”) (1)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量() (2)质量亏损是因为这部分质量转化为能量() (3)质能方程Emc2表明了质量与能量间的一种对应关系() (4)原子核的核子数越多，比结合能越大() (5)比结合能越大，原子核越稳定() (6)由比结合能曲线可知，核聚变和核裂变两种核反应方式都能释放核能() 第 - 2 - 页 共 6 页 2(多选)一个质子和一
3、个中子结合成氘核，同时放出 光子，核反应方程是 H n H， 1 11 02 1 以下说法中正确的是 ( ) A反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 B反应前后的质量数不变，因而质量不变 C反应前后质量数不变，但会出质量亏损 D 光子的能量为 mc2，m为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度 ACD 核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏 损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数 不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为 A、C、D. 3下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有(
4、) A核子结合成原子核时吸收能量 B原子核拆解成核子时要吸收能量 C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 D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 B 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，B 正确；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， 其结合能比重核反而小， C、 D 选项错误 对结合能的理解及计算 1对质量亏损的理解 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 去了物体质量增加，则总能量随之增加；质
5、量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也 写为 Emc2. 2核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损 m. 根据爱因斯坦质能方程 Emc2计算核能 其中 m的单位是千克，E的单位是焦耳 (2)利用原子质量单位 u 和电子伏特计算 根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原 第 - 3 - 页 共 6 页 子质量单位数乘以931.5 MeV，即Em931.5 MeV.其中m的单位是u，E的单位是MeV. 【例1】 取质子的质量mp1.672 61027 kg， 中子的质量mn1.674 91027 k
6、g， 粒子的质量m6.646 71027 kg，光速c3.0108 m/s.请计算 粒子的结合能(计算 结果保留两位有效数字) 解析 组成 粒子的核子与 粒子的质量差 m(2mp2mn)m 结合能 Emc2 代入数据得 E4.31012 J. 答案 4.31012 J 核能的两种单位 两种方法计算的核能的单位分别为 “J” 和 “MeV” ， 1 MeV11061.61019 J 1.61013 J. 1(多选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的( ) 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，它的质量也相应地增加一定值 C物体一定有质量，但不一定有能量，所以
7、质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系 D一定量的质量总是与一定量的能量相联系的 BD 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， 故 B、D 对 对比结合能的理解 1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 第 - 4 - 页 共 6 页 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 2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
8、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 【例 2】 (多选)如图所示是描述原子核核子的平均质量 与原子序数Z的关系曲线，由m 图可知下列说法正确的是( ) A将原子核A分解为原子核B、C一定放出能量 B将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量 C将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量 D
9、将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量 AC 因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏 损，故放出核能，故 A 正确，同理可得 B、D 错误，C 正确 结合能的应用技巧 (1)组成原子核的核子越多，结合能越高 (2)结合能与核子个数之比称作比结合能，比结合能越大，原子核越稳定 (3)结合能通常只用在原子核中 2下图是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线 第 - 5 - 页 共 6 页 (1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比比结合能有什么特点？比结合能的 大小反映了什么？ (2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是放出能
10、量？ 答案 (1)中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性， 比结合能越大，原子核越稳定 (2)放出能量. 课 堂 小 结知 识 网 络 1.结合能的定义及其计算. 2.质量亏损的定义及质能方 程. 3.比结合能及其曲线的理解. 1(多选)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 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 1335520882 D比结合能越大，原子核越不稳定 E自由核子组成原子核时，其质量亏损所对
11、应的能量大于该原子核的结合能 ABC 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 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；自由核子组成原子 核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项 E 错误 第 - 6 - 页 共 6 页 2(多选)关于爱因斯坦质能方程，下列说法正确的是( ) AEmc2中的E是物体以光速c运动的动能 BEmc2是物体各种形式能的总
12、和 C由 Emc2知，在核反应中亏损的质量 m转化成能量 E放出 D由 Emc2知，在核反应中亏损的静质量转化为动质量被放出的能量带走 BD 爱因斯坦的质能方程Emc2表明，物体的质量与其他各种形式的能量之间的关系， 故 A 错误，B 正确 Emc2表明，在核反应中亏损的质量 m将产生 Emc2的能量，只是以另一种 形态的质量(动质量)释放出来，与这部分质量 m相对应的能量为 mc2，而绝不是质量转化 为能量了，故 C 错误，D 正确 3 原子质量单位为 u,1u 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
13、核时，释放出的能量是( ) A(Mm1m2)c2 J B(m1m2M)931.5 J C(m1m2M)c2 J D(m1m2M)931.5 eV C 在计算核能时，如果质量的单位是 kg，则用 Emc2进行计算，能量单位是 J； 若质量单位是 u，则利用 Em931.5 MeV 进行计算，故选项 C 正确 4当两个中子和两个质子结合成一个 粒子时，放出 28.30 MeV 的能量，当三个 粒 子结合成一个碳核时，放出 7.26 MeV 的能量，则当 6 个中子和 6 个质子结合成一个碳核时， 释放的能量约为_ 解析 6 个中子和 6 个质子可结合成 3 个 粒子，放出能量 328.30 MeV84.9 MeV， 3 个 粒子再结合成一个碳核，放出 7.26 MeV 能量，故 6 个中子和 6 个质子结合成一个 碳核时，释放能量为 849 MeV7.26 MeV92.16 MeV. 答案 92.16 MeV