【物理】核力与结合能课件 2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第三节核力与结合能第五章

原子核学习目标1新课讲解3新课导入2经典例题4课堂练习5本课小结6目录学习目标1.知道四种基本相互作用，知道核力的性质。2.认识原子核的结合能和比结合能的概念。3.能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。新课导入

原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？第一节核力

原子核里的核子间存在相互作用的核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核核力与四种基本相互作用

核力①作用：②特点：

核力是强相互作用（强力）的一种表现；核力是短程力，作用范围只有约10-15m；每个核子只跟邻近的核子发生核力作用核力与四种基本相互作用

四种基本相互作用①核力为短程力②在原子核尺度内，核力远大于库仑力③核力只存在于核子之间，每个核子只跟临近的核子发生核力作用引力相互作用电磁相互作用强相互作用弱相互作用核力特点引力相互作用引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是引力在地球表面附近的一种表现。电磁相互作用电荷间与磁体间的相互作用宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的电磁相互作用。弹力强相互作用原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核。pnnppn短程力：约在10-15

m量级时起作用弱相互作用在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子---质子转变的原因。短程力（弱相互作用）：约在10-18m量级时起作用第二节核能核能

结合能思考讨论：如图氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系?由于核子间存在着强大的核力，所以核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化核能

当光子能量等于或大于2.19MeV时，这个反应才会发生一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.19MeV的能量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。注意：结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量思考：如果结合能越大，就说明把原子核分开，所需要的能量越大，是不是就意味着原子核越稳定吗？原子核越大→核子个数越多→但不能说明它稳定平均到每一个核子的结合能大小来反应原子核的稳定性。→结合能越大结合能核子数比结合能=核能

比结合能原子核的结合能与其核子数之比，称为比结合能.也叫平均结合能。由图可知，中等质量原子核的比结合能大，原子核比较稳定,轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核小。比结合能越大，原子核越稳定原子核的结合能很难直接测量。幸好，爱因斯坦已经给我们指出了物体的能量与它的质量的关系，即E=mc2质子：mp=1.6726×10-27kg中子：mn=1.6749×10-27kg结合时的质量差→结合能质量变化时，表达式为：△E=△mc2氘核：

mD=3.343×10-27kg第三节质量亏损质量亏损

质量亏损原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的结合能。原子核能量质量亏损光中子质子△E=△mc2

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．根据质量亏损计算核能用质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳．②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV.

(1u=931.5MeV/C2)经典例题太阳内部核反应的主要模式之一是质子-质子循环，循环的结果可表示为已知

和

的质量分别为

和

为光速。在4个

转变成1个

的过程中，释放的能量约为(

)A.8MeV

B.16MeV C.26MeV

D.52MeVC答案C解析核反应质量亏损，释放的能量，选项C正确。D关于自然界中四种基本相互作用，下列说法正确的是()A.核外电子与原子核间的万有引力和库仑力大小相当B.原子核内任意两个核子间都存在核力C.核力是强相互作用，一定是引力D.弱相互作用是短程力答案D解析核外电子与原子核间的万有引力远小于库仑力，A错误；原子核内只有相邻的两个核子间存在核力，B错误；核力是强相互作用，可表现为引力，也可表现为斥力，C错误；弱相互作用是短程力，D正确。在研究原子核的衰变过程中，发现铀238发生衰变产生了新核钍234，其衰变方程为

，下列判断正确的是(

)A.该衰变类型为β衰变B.衰变方程满足质量数守恒，所以没有质量亏损C.铀238的结合能大于钍234的结合能D.铀238的比结合能大于钍234的比结合能C答案C解析

依据质量数和电荷数守恒，衰变方程为，X是氦原子核，属于α衰变，故A错误；衰变方程虽满足质量数守恒，但要释放能量，依据质能方程，可知存在质量亏损，故B错误；自然组成原子核的核子越多，它的结合能就越高，因此铀238的结合能大于钍234的结合能，故C正确；依据原子核越稳定，则其比结合能越大，可知铀238发生衰变产生新核钍234，则钍234较稳定，因此钍234的比结合能大于铀238的比结合能，故D错误。原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列说法正确的是(

)A.铀核

比钡核

结合能大，核子平均质量大B.钡核

比氪核

核子数多，比结合能大C.两个

结合成

时需要吸收能量D.

的结合能约为5MeVA当堂检测答案A解析

铀核比钡核的核子数多，所以铀核比钡核结合能大，核子平均质量大，故A正确；钡核比氪核核子数多，结合能大，但是钡核比氪核的比结合能小，故B错误；比结合能较小的核结合成比结合能较大的核时释放能量，所以两个结合成时放出能量，故C错误；由题图可知，的比结合能约为5MeV，所以其结合能约为，故D错误关于原子核的结合能，下列说法正确的是(

)A.原子核的结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定B.一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，则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（

）的结合能一定小于铅原子核（

）的结合能D.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BCD答案BCD解析

原子核的比结合能越大，原子核中核子一定结合得越牢固，原子核就越稳定，A错误；重原子核衰变成α粒子和另一原子核的过程中放出能量，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；铯原子核与铅原子核都是中等质量的原子核，铯原子核的比结合能比铅原子核的比结合能略