新教材高中物理第五章原子核第3节核力与结合能课件新人教版选择性必修第三册

第五章

原子核第3节

核力与结合能课标解读课标要求素养要求1.知道四种基本相互作用，了解核力的性质。2.认识原子核的结合能和比结合能。3.知道什么是质量亏损，能应用爱因斯坦质能方程进行计算。1.物理观念：知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。2.科学思维：理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、解决问题的能力。3.科学探究：通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。4.科学态度与责任：学习科学家们严谨的科学态度，培养探索科学的兴趣和责任。要点一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________①。这个能量也是核子结合成原子核而释放的能量。原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。

结合能①（1）原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量，这种说法对吗？

[答案]不对，原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开需要能量，叫结合能。（2）结合能越大的原子核越稳定吗？

[答案]对于核子较多的原子核，其结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。所以，比结合能的大小反映了原子核的稳定性。要点二质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作__________②。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。

质量亏损

提示该同学的说法错误，核反应过程中质量数守恒而不是质量守恒。

1.结合能的理解（1）组成原子核的核子越多，结合能越高。（2）结合能与核子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.质量亏损的理解

探究点一

核力1.四种基本相互作用的理解（1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。是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。万有引力是长程力。（2）电磁相互作用：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，使分子结合成液体和固体，是长程力。

2.核力的理解

（3）核力具有饱和性。核子只跟相邻的核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。（4）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。

BD

探究点二

结合能如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的大致曲线。（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？

[答案]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）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释放能量？

[答案]释放能量。1.结合能和比结合能的理解（1）结合能不是核子结合成原子核需要的能量，而是将原子核的核子拆开时需要的能量。（2）比结合能比结合能更有意义，它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。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(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有(

)A.核子结合成原子核时放出能量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

AB

C

探究点三

质量亏损和核能的计算如图所示是两个核子数很小的轻核氘、氚结合成一个核子数大一些的氦核，原子核转变示意图如图。（1）在核反应过程中质量数、电荷数是否守恒？

[答案]在核反应中，质量数、电荷数是守恒的。（2）在该核反应过程中会释放出能量，反应前后原子核的质量是否会发生变化？

[答案]会发生变化，质量会减少。

1.质量亏损的理解（1）在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。（2）物体的质量应包括静止质量和运动质量。质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了，转化为和辐射能量相联系的运动质量。（3）从质量亏损可知，质量是物体具有能量的多少及能量转化多少的一种量度。

3.核能的计算方法（1）根据质量亏损计算

（2）利用平均结合能来计算原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。（3）利用核反应前后结合能之差来计算核反应中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，就是该核反应所释放(或吸收)的核能。

4.判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法（1）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。（2）根据动能变化判断：若不吸收光子而动能增加则放出能量。

（1）写出上述核反应的方程；

（2）计算上述核反应释放出的能量。

（1）一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？

（2）氚核的结合能和比结合能各是多少？

解题感悟核能的两种单位换算技巧

D

B

B

C

ABC

（1）这一核反应是吸收能量还是放出能量？相应的能量变化为多少？

稳定核的质子数与中子数的关系若质子与中子成对地构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核，其中子数要比质子数多。由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会超过核力的作用范围，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。1.关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(

)A.原子核中质子数和中子数一定相等B.稳定的重原子核里，质子数比中子数多C.原子核都是非常稳定的D.由于核力的作用范围有限、核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在

D

1.（2021北京昌平临川学校高一月考）（多选）下列关于四种基本相互作用的说法正确的是(

)A.万有引力把行星、恒星等聚在一起形成太阳系、银河系和其他星系，故万有引力只存在于天体之间B.四种基本相互作用是独立存在的，有一种相互作用存在时，就一定不存在其他相互作用C.强相互作用和弱相互作用只存在于微观粒子之间D.四种基本相互作用的规律有很多相似之处，因此科学家可能建立一种“统一场论”将四者统一起来

CD

2.（多选）关于核力，下列说法中正确的是(

)A.核力是一种特殊的万有引力B.原子核内只有质子和质子之间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C.核力是原子核稳定存在的原因D.核力是一种短程强力作用

CD

[解析]核力是短程力，只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，质子和质子间、中子和中子之间、质子和中子之间均有核力作用。3.铁核的比结合能比铀核的比结合能大，下列关于它们的说法错误的是(

)A.铁核的结合能大于铀核的结合能B.铁核比铀核稳定C.铀核发生核变化变成铁核要放出能量D.铀核发生核变化变成铁核质量要亏损

A

[解析]铁核的比结合能大，则它稳定些，铀核的比结合能小，变成铁核会放出核能，出现质量亏损。

B

B

C

B