5.3核力与结合能(备课堂课件)2020-2021学年高二物理(新教材人教版选择性必修第三册)
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人教物理选择性必修3
第
五
章
原
子
核
学习目标
1.了解四种基本相互作用,知道核力的性质。
2.知道原子核的结合能和比结合能的概念。
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。
思维导图
新知导入
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
2.比结合能： 原子核的结合能与其核子数之比，称为比结合能.
1）比结合能越大，原子核越稳定.
2） 核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比结合能都较小，中等
核子数的原子核，比结合能较大，即这样的原子核比较稳定.
3） 当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时，就可
释放核能。
由图可知，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重
会融合在一起。所以，选项C正确。
人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡
垒，故D项不正确。
答案：BC
课堂训练
2.关于核力与结合能，下列说法不正确的是（
）
A．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力
B．核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数
C．比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一
2.19 MeV
1.10 MeV
2
课堂小结
一 核力
定义
特点
二 原子核中质子与中子的比例
三 结合能与比结合能
比结合能越大，原子核越稳定
四 质量亏损：质能方程
计算
质量亏损
核反应放出的能量
课堂训练
1.对于核力，以下哪些说法是正确的(
)
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用，是强力
C．核子之间的距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因
Δ
4×1026
Δm= 2 =
2
(3.0×108 )
kg=4.4×109 kg,D 正确。
D.109 kg
拓展提高
3、(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有( AB )
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
谢谢
定释放核能
D．原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定
课堂训练
解析：A．核力是短程力，作用范围在之内，核力在大于时表现为引力
，且随距离增大而减小，超过，核力急剧下降几乎消失，而在距离小于
时，核力表现为斥力，故A正确，不符合题意；
B．核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数，故B正确，不
，
U
n
X
Kr
3
92
0
36
0n
衰变方程是
235
92
4
U 231
90Th 2 He
，下列说法正确的是（
A．裂变过程吸收能量
B．X核中含有88个中子
C．X核与 8936 Kr核的总质量大于 235
核的质量
92 U
D．裂变释放能量产生的高温会加快
235
92
U 的衰变
）
课堂训练
解析：A．核反应释放能量，所以核裂变和衰变都释放能量，故A错误；
符合题意；C．比结合能小的轻核合成比结合能大的原子核，比结合能
小的重核分解成比结合能大的原子核时都要发生质量亏损，则一定释放
核能，故C正确，不符合题意；D．原子核的比结合能越大，核子结合
得越牢固，原子核越稳定，故D正确，符合题意。
故选D。答案：D
课堂训练
1
89
1
3. 核燃料铀-235的一种典型的裂变方程是 235
一 核力与四种基本相互作用
1.四种基本相互作用
万有引力
1)长程力
电磁相互作用
相同距离上，电磁力是万有引力的1035倍
2)短程力
强相互作用 作用范围10-15m
弱相互作用 作用范围10-18m
弱相互作用引起β衰变
二 结合能
1.结合能： 核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时所吸收
的能量，都叫做原子核的结合能.
B．核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，故新核X的质量数为235-892=144，电荷数为92-36=56，故新核X的中子数为144-56=88，故B正
确；
C．核反应质量会出现亏损，X核与 36 Kr 核的总质量小于 235
核的质量，
92 U
89
故C错误；
D．放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理
和化学状态无关,故D错误。
故选B。答案：B
拓展提高
1、氦原子核由两个质子与两个中子组成,这两个质子之间存在着万有引力、库仑力
和核力,则三种力从大到小的顺序是( D )
A.核力、万有引力、库仑力
B.万有引力、库仑力、核力
C.库仑力、核力、万有引力
D.核力、库仑力、万有引力
解析：核力是核子之间的一种强相互作用,其相互作用力巨大,远超过两个质子之间的
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
解析：核子结合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A、B正确;比结
合能越大的原子核越稳定,但比结合能越大的原子核,其结合能不一定大,例如中等质量原
子核的比结合能比重核大,但由于核子数比重核少,其结合能比重核反而小,C、D选项错误。
库仑力,两质子之间的万有引力远小于库仑力,故选项D正确。
拓展提高
2、太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒
钟辐射出的能量约为4×1026 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的
质量最接近( D )
A.1036 kg
B.1018 kg
C.1013 kg
解析：由质能方程ΔE=Δmc2,
核的比结合能都比中等质量的原子核小。
三 质量亏损
1.定义： 组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量只差，叫做核
的质量亏损.
2.质能方程：原子核释放能量时，要产生质量亏损.物体的能量与质量
之间存在着密切的联系，即
E=mc2
或
ΔE=Δmc2
3.说明：
1）物体的质量包括静止的质量和运动的质量.质量亏损指的是静止质量的
减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量.
2）质量亏损并不是这部分质量消失或转化为能量，只是静止质量减少.
3）在核反应中任然遵守能量守恒定律、质量守恒定律.
4）质量是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.
例题
已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，
与这个质量差相对应的能量为
ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J
核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是
13
3.5110
6
E
eV 2.1910 eV 2.19MeV
19
1.6010
Байду номын сангаас氘核的比结合能为
此核子不会融合在一起
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15m时，
核力的变化规律更清楚
课堂训练
解析：核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10
－15m之内，核力比库仑力大得多。因此，选项B正确，A错误。
核力在大于0.8×10－15m时，表现为吸引力，且随距离增大而减
小，在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不
氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能.
解：一个质子和一个中子结合成氘核
单个质子和单个中子的质量和为
mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg
这个数值与氘核质量之差
（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg
第
五
章
原
子
核
学习目标
1.了解四种基本相互作用,知道核力的性质。
2.知道原子核的结合能和比结合能的概念。
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。
思维导图
新知导入
原子核的组成
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子．
电荷数=质子数
质量数=质子数+中子数=核子数
2.比结合能： 原子核的结合能与其核子数之比，称为比结合能.
1）比结合能越大，原子核越稳定.
2） 核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比结合能都较小，中等
核子数的原子核，比结合能较大，即这样的原子核比较稳定.
3） 当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时，就可
释放核能。
由图可知，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重
会融合在一起。所以，选项C正确。
人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡
垒，故D项不正确。
答案：BC
课堂训练
2.关于核力与结合能，下列说法不正确的是（
）
A．核力是短程力，与核子间的距离有关，可为引力也可为斥力
B．核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数
C．比结合能小的原子核合成或分解成比结合能大的原子核时一
2.19 MeV
1.10 MeV
2
课堂小结
一 核力
定义
特点
二 原子核中质子与中子的比例
三 结合能与比结合能
比结合能越大，原子核越稳定
四 质量亏损：质能方程
计算
质量亏损
核反应放出的能量
课堂训练
1.对于核力，以下哪些说法是正确的(
)
A．核力是弱相互作用，作用力很小
B．核力是强相互作用，是强力
C．核子之间的距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因
Δ
4×1026
Δm= 2 =
2
(3.0×108 )
kg=4.4×109 kg,D 正确。
D.109 kg
拓展提高
3、(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中,正确的有( AB )
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
谢谢
定释放核能
D．原子核的结合能越大，核子结合得越牢固，原子核越稳定
课堂训练
解析：A．核力是短程力，作用范围在之内，核力在大于时表现为引力
，且随距离增大而减小，超过，核力急剧下降几乎消失，而在距离小于
时，核力表现为斥力，故A正确，不符合题意；
B．核力具有饱和性和短程性，重核的中子数多于质子数，故B正确，不
，
U
n
X
Kr
3
92
0
36
0n
衰变方程是
235
92
4
U 231
90Th 2 He
，下列说法正确的是（
A．裂变过程吸收能量
B．X核中含有88个中子
C．X核与 8936 Kr核的总质量大于 235
核的质量
92 U
D．裂变释放能量产生的高温会加快
235
92
U 的衰变
）
课堂训练
解析：A．核反应释放能量，所以核裂变和衰变都释放能量，故A错误；
符合题意；C．比结合能小的轻核合成比结合能大的原子核，比结合能
小的重核分解成比结合能大的原子核时都要发生质量亏损，则一定释放
核能，故C正确，不符合题意；D．原子核的比结合能越大，核子结合
得越牢固，原子核越稳定，故D正确，符合题意。
故选D。答案：D
课堂训练
1
89
1
3. 核燃料铀-235的一种典型的裂变方程是 235
一 核力与四种基本相互作用
1.四种基本相互作用
万有引力
1)长程力
电磁相互作用
相同距离上，电磁力是万有引力的1035倍
2)短程力
强相互作用 作用范围10-15m
弱相互作用 作用范围10-18m
弱相互作用引起β衰变
二 结合能
1.结合能： 核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时所吸收
的能量，都叫做原子核的结合能.
B．核反应遵循电荷数守恒和质量数守恒，故新核X的质量数为235-892=144，电荷数为92-36=56，故新核X的中子数为144-56=88，故B正
确；
C．核反应质量会出现亏损，X核与 36 Kr 核的总质量小于 235
核的质量，
92 U
89
故C错误；
D．放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身决定的，与外界的物理
和化学状态无关,故D错误。
故选B。答案：B
拓展提高
1、氦原子核由两个质子与两个中子组成,这两个质子之间存在着万有引力、库仑力
和核力,则三种力从大到小的顺序是( D )
A.核力、万有引力、库仑力
B.万有引力、库仑力、核力
C.库仑力、核力、万有引力
D.核力、库仑力、万有引力
解析：核力是核子之间的一种强相互作用,其相互作用力巨大,远超过两个质子之间的
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
解析：核子结合成原子核是放出能量,原子核拆解成核子是吸收能量,A、B正确;比结
合能越大的原子核越稳定,但比结合能越大的原子核,其结合能不一定大,例如中等质量原
子核的比结合能比重核大,但由于核子数比重核少,其结合能比重核反而小,C、D选项错误。
库仑力,两质子之间的万有引力远小于库仑力,故选项D正确。
拓展提高
2、太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒
钟辐射出的能量约为4×1026 J,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的
质量最接近( D )
A.1036 kg
B.1018 kg
C.1013 kg
解析：由质能方程ΔE=Δmc2,
核的比结合能都比中等质量的原子核小。
三 质量亏损
1.定义： 组成原子核的核子的总质量与新原子核的质量只差，叫做核
的质量亏损.
2.质能方程：原子核释放能量时，要产生质量亏损.物体的能量与质量
之间存在着密切的联系，即
E=mc2
或
ΔE=Δmc2
3.说明：
1）物体的质量包括静止的质量和运动的质量.质量亏损指的是静止质量的
减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量.
2）质量亏损并不是这部分质量消失或转化为能量，只是静止质量减少.
3）在核反应中任然遵守能量守恒定律、质量守恒定律.
4）质量是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度.
例题
已知中子的质量是mn=1.6749×10-27kg，质子的质量是mp=1.6726×10-27kg，
与这个质量差相对应的能量为
ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J
核物理中，能量单位常使用电子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以结合能是
13
3.5110
6
E
eV 2.1910 eV 2.19MeV
19
1.6010
Байду номын сангаас氘核的比结合能为
此核子不会融合在一起
D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15m时，
核力的变化规律更清楚
课堂训练
解析：核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10
－15m之内，核力比库仑力大得多。因此，选项B正确，A错误。
核力在大于0.8×10－15m时，表现为吸引力，且随距离增大而减
小，在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不
氘核的质量是mD=3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能.
解：一个质子和一个中子结合成氘核
单个质子和单个中子的质量和为
mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg
这个数值与氘核质量之差
（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg