物理选择性必修第三册(配人教版)第5章-3核力与结合能

第五章原子核3核力与结合能学习目标1．知道核力的概念与特点(重点)2．理解结合能与平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损(重点)3．知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系，能进行基本的核能计算(重难点)学法与考法学法：①通过学习四种基本相互作用及其特点，初步了解相互作用统一的思想和探索在物理学发展中的作用．②通过结合能与平均结合能的学习，理解核反应中的质量亏损．③通过爱因斯坦质能方程学习会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能．培养理解能力、推理能力及数学计算能力考法：①对核力、结合能和比结合能理解的考查．②对质量亏损和质能方程的考查．③对计算核能的考查知识导图预习导学|新知领悟1．核力原子核内________之间的相互作用力．2．核力的特点(1)核力是_______________的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在_______________m之内．(3)核力的饱和性：每个核子只跟________________发生核力作用．核力与四种基本相互作用核子强相互作用1.5×10－15相邻的核子3．四种基本相互作用原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的吗？微思考【答案】不是，是核力．

下列关于核力的说法正确的是 (

)A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内D．核力与电荷有关【答案】C【解析】核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内，超过1.5×10－15m，核力急剧下降，几乎消失，C正确．核力与万有引力、电磁力不同，A、B错误．核力与电荷无关，D错误．1．结合能原子核是________凭借核力结合在一起构成的，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，称作比结合能，也叫________结合能．比结合能越大，表示原子核中核子结合得越_______________，______________的原子核的比结合能最大，最稳定．结合能和质量亏损核子能量核子数平均牢固、稳定中等大小3．质能方程物体的能量与它们质量的关系是E＝________.4．质量亏损原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象．mc2小于核子结合成原子核时是放出能量还是吸收能量？结合能越大，原子核越稳定吗？微思考【答案】核子结合成原子核时是放出能量．比结合能越大，原子核越稳定．

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，下列说法中不正确的是 (

)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．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能【答案】D【解析】质能方程E＝mc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量．A正确，D错误；对于ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减小ΔE时，它的质量也会相应地增加或减少Δm，故B正确；只有出现质量亏损时，才能释放核能，故C正确.多维课堂|

素养初培如图所示是原子核示意图．探究核力与四种基本相互作用问题(1)在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不飞散？是因为万有引力吗？(2)原子核中任意两个核子之间都存在核力吗？(3)核力是强相互作用力还是弱相互作用力？【答案】(1)万有引力太小，只有库仑力的10－35到10－36之一，原子核中的质子要靠自身的万有引力来抗衡相互间的库仑力是不可能的，应存在第三种力把核子束缚在核内，形成稳定的原子核．能够把核中各种核子紧紧束缚在一起的力，这就是核力．(2)不是．核力是短程力，只有相邻的两个核子之间才存在核力．(3)核力是强相互作用(强力)的一种表现．1．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用(1)引力相互作用，万有引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”．万有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．(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力．(4)弱相互作用：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．弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电磁力小．2．核力的性质(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现．(2)核力是短程力．约在10－15m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15m时为引力，距离小于0.8×10－15m时为斥力，距离为10×10－15m时核力几乎消失．(3)核力具有饱和性．核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用．(4)核力具有电荷无关性．素养点评：通过核力与四种基本相互作用探究，培养“物理观念”和“科学探究”的核心素养．对核力的理解精练1下列对核力的认识正确的是 (

)A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10－15m内的核子之间，大于0.8×10－15m为吸引力，而小于0.8×10－15m为斥力【答案】D【解析】由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15m内的核子之间才存在核力，核力发生在质子与质子、质子与中子及中子与中子之间，由此知D正确，A、B、C错误．变式1

(2020年江苏模拟)下列说法正确的是 (

)A．比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核要释放核能B．重核发生裂变时需要吸收能量C．核力是核子间的万有引力和库仑力的合力D．中子与中子之间的核力一定大于中子与质子间的核力【答案】A【解析】比结合能小的原子核结合成比结合能大的原子核时，总结合能增加，因此要释放核能，A正确；重核裂变时有质量亏损，释放能量，B错误；核力是核子间的强相互作用力，C错误；核力是短程力，与核子间的距离有关，由于距离未知，则中子与中子之间的核力不一定大于中子与质子间的核力，故D错误．

记忆核力特点的技巧1．核子包括质子和中子，而中子不带电，所以核力与电荷无关．2．原子核非常小，所以核力属于短程力．3．质子间的核力比库仑力大得多，属于强相互作用力．如图所示，由于核子间存在着强大的核力，所以原子核紧密挤在一起．探究结合能和质量亏损问题(1)要将原子核拆散成单个核子，一定需要吸收能量吗？理由是什么？(2)有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？(3)核反应过程发生了质量亏损，同时释放出核能，能说这部分质量转变为能量了吗？【答案】(1)一定需要吸收巨大的能量．因为将原子核拆散成单个核子，要克服核力做功，根据功能关系，必要吸收能量．(2)不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．(3)不能．物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量．1．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．2．对质能方程和质量亏损的理解(1)质能方程．质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E＝mc2.(2)质量亏损．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；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写为ΔE＝Δmc2.3．核能的计算方法(1)根据质量亏损计算．①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm.②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE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931.5MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.素养点评：通过结合能和质量亏损探究，培养“物理观念”的核心素养．对结合能和比结合能的理解精练2

(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是(

)A．核子结合为原子核时，一定释放能量B．核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．比结合能越大的原子核越稳定【答案】AD【解析】由自由核子结合为原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子越多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．变式2下列说法中正确的是 (

)A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核分解成核子放出的能量称为结合能B．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C．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大D．以上说法均错误【答案】C【解析】原子核分解成核子时需要吸收的能量为结合能，它等于核子结合成原子核时放出的能量，所以选项A错误；中等质量的原子核比结合能较大，所以选项B错误；中等质量的原子核的比结合能较大，核子数又较多，其结合能比轻核的要大，所以选项C正确．1．比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定．2．结合能ΔE＝nE由核子数和比结合能共同决定．3．中等质量的原子核的比结合能较大，因而中等质量的原子核较稳定．对质量亏损和质能方程的理解精练3下列说法中，正确的是 (

)A．爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体质量作为它所蕴藏的能量的量度C．核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D．因为在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒【答案】B【解析】E＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，A错误，B正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，C错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，D错误．变式3对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是 (

)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．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能【答案】D【解析】E＝mc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故A正确；ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减少ΔE时，它的质量也会相应地增加或减少Δm，故B正确；只有在出现质量亏损时，才能释放核能，故C正确，所以选D.质能方程反映了质量与能量的对应关系，物体的能量跟其质量成正比，即一定的能量必定对应着一定的质量，质量不能转化为能量．解：反应前氘核和氚核的总结合能E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52MeV.反应后生成的氦核的结合能E2＝7.03×4MeV＝28.12MeV.由于单个核子无结合能，所以反应过程释放出的能量ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52)MeV＝17.6MeV.1．计算过程中Δm的单位是kg，ΔE的单位是J.2．若Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV，可直接利用公式ΔE＝Δm×931.5MeV来计算核能．课堂小练|

素养达成1．科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用．我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上属于 (

)A．引力相互作用B．电磁相互作用C．强相互作用和弱相互作用的共同作用D．四种基本相互作用的共同作用【答案】B【解析】分子力作用范围约在10－10m数量级上，强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在10－15m和10－18m之内，在这个距离上分子力不存在．在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用．2．(2020年黄岛区模拟)下列关于核力、原子核的结合能、比结合能的说法正确的是 (

)A．维系原子核稳定的力是核力，核力就是表现为相邻核子间的相互吸引力B．核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力比库仑力小C．比结合能小的原子核分解成比结合能大的原子核时会释放核能D．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【答案】C【解析】维系原子核稳定的力是核力，核力可以表现为相邻核子间的相互吸引力，又可以表现为排斥力，A错误；核力是强相互作用的一种表现，原子核尺度内，核力远比库仑力大，B错误；比结合能小的原子核结合或分解成比结合能大的原子核时释放核能，故C正确；根据质能方程可知，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，故D错误．3．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是 (

)A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm【答案】ABD【解析】一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2，B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，C错误．4．如图所示是原子核的核子平均质量A与原子序数Z的关