第五章　3　核力与结合能

DIWUZHANG第五章3核力与结合能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)。

学习目标一、核力与四种基本相互作用二、结合能课时对点练三、质量亏损

内容索引核力与四种基本相互作用一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？答案

质子之间还存在着核力作用。

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。梳理与总结核子核力短程10-15减小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。梳理与总结β短程10-184.四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？思考与讨论答案

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。(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。(

)××√√×返回结合能二1.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

。核力能量核子数平均牢固稳定如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线。思考与讨论(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？答案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。思考与讨论(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。

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1√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2√√√

返回质量亏损三1.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=

。小于ΔE=Δmc2mc2思考与讨论核反应中发生的“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？答案

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。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。提炼·总结

例3

(2)求氦核的比结合能E3。

例4

(2)计算一次氦闪过程释放的能量；答案

7.27MeV氦闪过程中质量亏损为：Δm=3mHe-mC=0.007

8

u释放的核能为：ΔE=Δmc2=931.5×0.007

8

MeV≈7.27

MeV

答案

8.05×106kg

总结提升核能的计算方法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。返回课时对点练四考点一核力1.物理学上的四种基本相互作用是A.万有引力、相互作用力、电磁力、强相互作用B.重力、弹力、摩擦力、其他力C.作用力、反作用力、电磁力、强相互作用D.万有引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用123456789101112基础对点练√123456789101112到现在为止，物理学家们发现了四种基本的相互作用。它们是引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。故A、B、C错误，D正确。2.(多选)下列说法正确的是A.核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生B.核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成

稳定的原子核，但又不会融合在一起C.质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力D.核力是一种弱相互作用，在其作用范围内，核力比库仑力大得多123456789101112√√√123456789101112核力作用的范围在10-15

m内，只在邻近核子间发生，是短程力，A正确；核力可能表现为引力，也可能表现为斥力，B正确；核力是核子之间的强相互作用，C正确，D错误。考点二结合能3.关于原子核的结合能，下列说法正确的是A.原子核的比结合能等于将其完全分解成自由核子所需能量的最小值B.原子核衰变成α粒子和另一原子核，并释放出能量，衰变产物的结合

能之和一定小于原来原子核的结合能C.重核与中等大小的原子核相比较，重核的比结合能小D.比结合能越大，原子核越不稳定123456789101112√123456789101112比结合能是结合能除以核子数，故A错误；原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来原子核的结合能，故B错误；中等大小的原子核的比结合能比重核的大，故C正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。

123456789101112√123456789101112

考点三质量亏损与核能的计算5.(多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，下列说法中正确的是A.E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B.根据ΔE=Δmc2可以计算核反应中释放的核能C.一个中子和一质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了

质量亏损D.E=mc2中的E是核反应中释放的核能123456789101112√√√6.(2023·全国乙卷)2022年10月，全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴，其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断，该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自物质质量的减少，则每秒平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s)A.1019kg B.1024kgC.1029kg D.1034kg123456789101112√123456789101112

123456789101112√123456789101112该反应释放的能量ΔE=(1.007

825

u+7.016

004

u-2×4.002

60

u)×931

MeV/u≈17.34

MeV。入射质子的动能EkH=2Ekα-ΔE≈0.5

MeV，故选A。

123456789101112能力综合练√123456789101112

123456789101112√123