第五章　3　核力与结合能

3核力与结合能［学习目标］1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。2.理解结合能和比结合能的概念(重点)。3.知道原子核的质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算(重难点)。一、核力与四种基本相互作用原子核是由中子和质子构成的(如图)。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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1.核力：原子核中的之间存在一种很强的相互作用，即存在一种。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。

2.强相互作用(1)强相互作用是力，作用范围只有约m。

(2)距离增大时，强相互作用急剧。超过10-15m，强相互作用不存在。

3.弱相互作用(1)弱相互作用是引起原子核衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。

(2)弱相互作用是力，其力程只有m。

4.四种基本相互作用为什么质量数较大的稳定原子核中的中子数多于质子数？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。()(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。()(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。()(4)核力的作用范围只有约10-15m。()(5)中子和中子之间不会有核力作用。()二、结合能1.结合能原子核是核子凭借结合在一起构成的，要把它们分开，也需要，这就是原子核的结合能。

2.比结合能原子核的结合能与之比，叫作比结合能，也叫作结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越，原子核越。

如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线。(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？(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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1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把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.重核与中等大小的原子核相比较，重核的比结合能大D.中等大小的原子核的结合能和比结合能均比轻核的大例2(多选)下列关于结合能和比结合能的说法正确的是()A.氘核与氚核结合成氦核，比结合能减小B.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C.铀核发生α衰变生成钍核，释放能量，则铀核的比结合能比钍核小D.铯原子核(55133Cs)的结合能小于铅原子核(82三、质量亏损1.质量亏损：原子核的质量组成它的核子的质量之和的现象，叫质量亏损。

2.质能方程(1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系：。

(2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E=。

核反应中发生的“质量亏损”说明核反应中质量不守恒，所以核反应前后质量数不守恒，这种认识正确吗？为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________对质能方程E=mc2的理解(1)质能方程E=mc2说明一定的质量总是跟一定的能量相联系。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，E不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。(2)根据质能方程E=mc2，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少。(3)根据质能方程ΔE=Δmc2，核反应过程中发生的质量亏损，并不是消失了，减少的质量Δm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。例3(2024·泰州市模拟)在某次核反应中，一个氘核12H和一个氚核13H结合生成一个氦核24He，并放出一个粒子。已知氘核的比结合能为E1，氚核的比结合能为E(1)写出核反应方程并求出质量亏损；(2)求氦核的比结合能E3。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例4当太阳的温度升至某一温度时，太阳内部会发生氦闪：三个24He生成一个612C，瞬间释放大量的核能。已知612C的质量是mC=12.0000u，24He的质量是mHe=4.0026u，1u相当于931(1)写出氦闪时的核反应方程；(2)计算一次氦闪过程释放的能量；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)求4kg的24He发生氦闪时释放的能量相当于多少千克的标准煤完全燃烧释放的能量？已知1kg的标准煤完全燃烧释放的能量约为2.9×107J，1MeV=1.6×10-13J，NA=6.02×1023mol________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________核能的计算方法1.根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。2.根据爱因斯坦质能方程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相当于931.5MeV)3.在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能。答案精析一、质子之间还存在着核力作用。梳理与总结1.核子核力2.(1)短程10-15(2)减小3.(1)β(2)短程10-18思考与讨论质子之间除了核力外，还有正电荷之间的库仑斥力，而中子和质子之间只有核力，没有库仑斥力。质量数较大的原子核中，中子数较多，可以缓解质子之间的库仑斥力的影响，因此质量数较大、质子数相对较多的原子核中，就需要更多的中子来维持核的稳定，因此，在大而稳定的原子核中，中子数多于质子数。易错辨析(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×二、1.核力能量2.核子数平均牢固稳定思考与讨论(1)由曲线可以看出中等质量的原子核的比结合能较大，原子核最稳定，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核比结合能要小。(2)释放能量。例1D［核子结合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但结合能不一定越大，B选项错误；中等大小的原子核的比结合能比轻核、重核的大，且核子数比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，C选项错误，D选项正确。］例2BCD［氘核与氚核结合成氦核，是轻核结合成中等大小的原子核，比结合能增大，故A错误；分散的核子结合成原子核时放出的能量叫作原子核的结合能，所以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，故B正确；铀核发生α衰变生成钍核，释放能量，重核分裂成中等大小的核，则铀核的比结合能比钍核的小，故C正确；由比结合能曲线可知，铯原子核(55133Cs)的比结合能与铅原子核(82208Pb)的比结合能相差不太大，而铯原子核(55133Cs)的核子数比铅原子核(82208Pb)的核子数少将近一半，所以铯原子核(55133三、1.小于2.(1)ΔE=Δmc2(2)mc2思考与讨论不正确。核反应中“质量亏损”并不是质量消失，而是以能量的形式辐射出去。在核反应前后，质量数守恒，即反应中核子总数不变。例3(1)12H+13H→2(2)2解析(1)核反应方程为12H+13H根据质能方程，可得ΔE=Δm·c2解得Δm=Δ(2)依题意，可得ΔE=4E3-2E1-3E2解得氦核的比结合能为E3=2E例4(1)324He612C