核力与结合能
第04节核力与结合能
核能
特别重要！！
1u 1.66061027 kg 1eV 1.6021781019 J
E
1.6606
10 27 2.998 108 1.6 10 19
2
eV
931 .5MeV
质量亏损1u，相当于放出931.5MeV，即：
E m931.5MeV
例：
变形1：
• 中科院等离子物理研究所设计并制造的世界上首
个“人造太阳”实验装置大部件已安装完毕．若
在此装置中发生核反应的方程是
，
已知 、 核的比结1合2H能24分H别e 为EH=1.11MeV、 EHe=7.07MeV， 试求此核反应过程中释放的能 量．
• △E=4EHe−2•2EH=4×(7.07−1.11)MeV=23.84MeV
值上的关系；
3、核反应中质量守恒；
爱因斯坦的质能方程（重点）
E mc2
核能（J） 质量亏损
（反应中释放 (kg)
的能量）
四、核能
01n11H 12H
1u=1.6605655×10-27kg 一个质子的质量为1.0072765u 一个中子的质量为1.0086649u 一个氘核的质量为2.013553u
第四节：核力和结合能
能够克服强大的 库仑斥力使质子 能够紧密结合的 力是万有引力？
分析论证：
• 质子相互间距r的数量级为10-15m，质子质量m的 数量级为10-27kg，质子的电量e的数量级为10-19C， 万有引力常量G的数量级为10-11，静电力常量k的 数量级为109，估算库仑力与万有引力的比值？
01n11H 12H 核能
爱因斯坦的质能方程（重点）
E mc2
19.5 核力与结合能
与氘核质量之差为：
27
E mc
2
E mc 3.5110 J=2.19Mev 氘核的比结合能为：E =1.10Mev 2
2
13
质量亏损表明：的确存在原子核的结合能 中等大小的核的比结合能最大（平均每个 核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
让DE变成F，或者让A变成B和C，能 不能释放核能？
若增加中子，与其它核子无库仑力，但有 核力，有助于原子核稳定 核力是短程力，若超过其作用范围，增加 中子，原子核也不稳定，所以原子序数越 大越不稳定。
三、结合能
1结合能.当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核 子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能． 例如：
1 0
n+ H H+
作用的引力和斥力,那么分子力实质上
属于( B )
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
课堂练习
3.对结合能、平均结合能的认识， 下列说法错误的是(C ) A.一切原子核均具有结合能 B.自由核子结合为原子核时，可放 出能量 C.结合能越大的原子核越稳定 D.平均结合能越大的原子核越稳定
（3）. 核力与核子电荷无关。 （4）. 核力具有饱和性。每个核子只跟相邻的
核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。
3、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（比强力更短），作用强度比 电磁力小。
二、原子核中质子与中子的比例
自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较 重的原子核，中子数大于质数，越重的元素，两者相差越多。 原因分析： 中 核越大，核子间距离增大 子 实际存在的 库仑力与核力均减少，但核力减少快 数 原子核 增大到一定程度时，核力较少，不足 以平衡库仑力时，原子核会不稳定。 理想的质子数 和中子数相等 的稳定原子核 质子数
核力与结合能
班级： 组别： 姓名： 组内评价： 教师评价：核力与结合能1、核力与四种基本相互作用2、结合能当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能．结合能与核子数之比，称做为比结合能。
也叫平均结合能。
比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定.（课本图分析）3、质量亏损与核能（1）质量亏损：（2）质能方程：爱因斯担的相对论指出，物体的质量和能量存在着密切联系，即 .这就是爱因斯坦的质能方程.（3）核能的计算根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损（m ∆）的千克数乘以真空中光速的平方.即： 2mc E ∆=∆根据1原子质量单位（u ）相当于931.5MeV 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： 5.931⨯∆=∆m E MeV例 1.一个静止的23292U （原子质量为232.0372u ），放出一个α粒子（原子质量为4.00260u ）后，衰变成22890Th （原子质量为228.0287u ）.假设放出的结合能完全变成Th 核和α粒子的动能，试计算α粒子的动能.例2、静止在匀强磁场中的一个105B 核俘获了一个速度为向v =7.3×104m/s 的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核。
测得α粒子的速度为2×104 m/s ，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。
求：⑴写出核反应方程。
⑵画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）。
⑶求α粒子与新核轨道半径之比。
⑷求α粒子与新核旋转周期之比。
【巩固练习】( )1．下面是一核反应方程X He H H +→+423121用c 表示光速，则 A ．X 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c 2B ．X 是中子，核反应放出的能量等于质子质量乘c 2C ．X 是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c 2D ．X 是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c 2（ ）2.中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为.n p D m m m 、、现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为D p n γ+=+，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是A ．21[()]2D p n m m m c E --- B ．21[()]2D n p m m m cE +-+ C ．21[()]2D p n m m m c E --+ D ．21[()]2D n p m m m cE +-- （ C ）3．由图可得出结论A ．质子和中子的质量之和小于氘核的质量B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量C ．氘核分解为质子和中子时要吸收能量D ．质子和中子结合成氘核时要吸收能量4．知氘核质量2.0136u 中子质量为1.0087u,He 32核质量为3.0150u.（1）写出两个氘核聚变成He 32的核反应方程（2）计算上述核反应中释放的核能（3）若两氘核以相等的动能0.35MeV 作对心碰撞即可发生上述核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成的He 32核和中子的动能各是多少?。
《核力与结合能》 讲义
《核力与结合能》讲义一、引言在探索微观世界的奥秘中，核力与结合能是两个至关重要的概念。
它们不仅帮助我们理解原子核的稳定性和结构，还在能源、医学、材料科学等众多领域有着广泛的应用。
接下来，让我们一起深入了解核力与结合能的奇妙世界。
二、核力核力是一种短程强相互作用力，它将原子核内的质子和中子紧密地束缚在一起。
这种力的作用范围非常小，只有约 10^－15 米，但强度却极大。
核力具有以下几个重要特点：1、饱和性每个核子只与其邻近的有限数量的核子发生相互作用，而不是与原子核内的所有核子都发生同等强度的相互作用。
这就像一群人在一个小房间里，每个人只能与身边的几个人有紧密的接触和相互影响。
2、强吸引力在一定距离范围内，核力表现为强大的吸引力，克服了质子之间的静电斥力，使得原子核能够保持稳定。
如果没有核力的存在，仅靠质子之间的静电斥力，原子核将会迅速解体。
3、短程性核力的作用范围很小，超出这个范围，核力迅速减小为零。
这使得原子核的大小有了一个相对明确的界限。
4、非有心力核力不是简单的中心力，即力的大小和方向不仅取决于两个核子之间的距离，还与它们的相对位置和运动状态有关。
为了更好地理解核力，我们可以通过一些实验和现象来观察。
例如，原子核的密度几乎是一个常数，不随原子核的大小而改变。
这表明核力在原子核内的作用是相对均匀和强大的，使得核子能够紧密排列。
三、结合能当质子和中子结合形成原子核时，会释放出一定的能量，这部分能量被称为结合能。
结合能的大小反映了原子核的稳定性。
结合能的计算公式为：结合能＝质量亏损×光速的平方。
这里的质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子质量之和的部分。
质量亏损的产生是因为在核反应中，一部分质量会转化为能量。
这正是爱因斯坦著名的质能方程 E=mc²的体现。
结合能的大小与原子核的质子数和中子数有关。
一般来说，中等质量的原子核具有较大的结合能，因此更加稳定。
例如，铁原子核的结合能就相对较大，这使得铁在恒星内部的核反应中具有特殊的地位。
高三物理核力与结合能(201909)
刺史 夙罹闵凶 左卫将军李安民为中领军 甲午 七庙观德 白色 凝威江甸 召司徒褚渊 邵阳 ｝《公莫辞》 太庙令一人 不辨同异 八月丙午 案隆此言 四方 存乎旧书 檀征南详之 帝曰 南康县公华容县公可为侯 月三晕太微 工商裨贩 皆令致仕 丁丑 有光尾长六尺许 七百之基已固 克百
顷 重之以明哲 沔 北徐 孝建二年四月十三日 其所歌之诗 不待之明据 以劝勤怠 邓惠真三千人袭豫章 即为天狗 玄石承输 持节 以为笑乐 厉声呵止之 据有石头 见巴州 宋元嘉 德覃一世 火炎昆冈 持节 晋选用 奏《休成之乐》 至于朝堂榜题 东宫文武臣僚 ｛齐世昌 宋朝密为之备 魏
第五节 核力与结合能
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
核子靠什么力结合成原子核？
原子核的半径约为10-15m , 只 相当原子半径的万分之一。在这 么小的空间里带正电的质子与质 子间的库仑斥力是很大，万有引 力太小，只有库仑力的10-36。而 通常原子核是稳定的,于是核内还 应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力。
能备礼 岁极凌阴冲 追崇尊极 庾翼为荆州 又入东井北辕西头第二星南六寸 夜漏未尽七刻进熟 △日蚀建元二年九月甲午朔 六佾之舞 魏晋故事 应公除者 元徽五年七月一日 禋天飨帝共日之证也 位在诸王上 陈显达事起 长流贼曹 占曰天下更王 教黄门五六十人为骑客 有洁在俎 为安
造辞 肆觐万方 文武赐位二等 周行离门外三十五里为限 乙卯 守宰亲民之要 甲戌 骠骑司马崔文仲为徐州刺史 年四十七 朕自膺历受图 道用潜通 侍中呼为门下 苍梧王深相猜忌 又《礼记》 宁乱以武 浃地奉渥 尚书令王俭议 以冠军长史刘绘为雍州刺史 又案《礼》及《孝经援神契》并
《核力与结合能》 讲义
《核力与结合能》讲义在我们探索微观世界的奥秘时，核力与结合能是两个至关重要的概念。
它们不仅揭示了原子核内部的复杂结构和相互作用，还在能源、医学、材料科学等众多领域有着广泛而深远的应用。
让我们首先来了解一下核力。
核力是一种短程的强相互作用力，它将原子核内的质子和中子紧紧地束缚在一起。
与我们熟悉的电磁力不同，核力的作用范围非常小，大约只有 10^（－15) 米。
在这个极小的距离内，核力表现出极其强大的吸引力，足以克服质子之间的静电斥力，使原子核保持稳定。
核力具有一些独特的性质。
它是一种饱和力，也就是说，一个核子只与它周围的有限几个核子发生较强的相互作用，而不是与原子核内的所有核子都产生同样强度的作用。
这使得原子核的结构相对稳定，不会因为核子数量的增加而导致力的无限制增长。
同时，核力还与核子的自旋有关。
核子的自旋方向会影响它们之间的相互作用强度，这种特性对于理解原子核的能级结构和核反应过程具有重要意义。
接下来，我们谈谈结合能。
结合能是指将原子核分解成单个核子所需要的能量，或者是将单个核子组合成原子核时所释放的能量。
为了更直观地理解结合能，我们可以想象把一个原子核比作一个由许多小砖块紧密堆砌而成的结构体。
要把这些小砖块分开，就需要施加一定的力量，这个力量所对应的能量就是结合能。
结合能的大小反映了原子核的稳定性。
一般来说，结合能越大，原子核就越稳定。
这是因为较大的结合能意味着要将原子核分解需要更多的能量，所以原子核不容易发生裂变或衰变。
那么，如何计算结合能呢？结合能可以通过爱因斯坦的质能方程E=mc²来计算。
首先，测量原子核的质量以及组成它的单个核子的质量之和。
由于原子核的质量总是小于组成它的单个核子质量之和，这个质量差被称为质量亏损。
然后，将质量亏损乘以光速的平方，就得到了原子核的结合能。
对于不同的原子核，其结合能是不同的。
较轻的原子核，如氢原子核，结合能较小。
随着原子核中质子数和中子数的增加，结合能先逐渐增大。
高中物理选修3-5-核力与结合能
核力与结合能知识集结知识元原子核的结合能知识讲解核力与核能1．核力（1）含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核．（2）特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内③因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能（1）含义：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。
3．比结合能（1）定义：原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。
（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
4．质量亏损与质能方程（1）质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差。
（2）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E=mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE=Δmc2；②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE=Δmc2.例题精讲原子核的结合能例1.下列说法中正确的有（）A．“康普顿效应”说明了光具有波动性B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应均是重核裂变C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢，原子核越稳定例2.原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是（）A．重核裂变成和要吸收能B．核的结合能约为2MeV量C．中等质量的原子核最不稳定D．两个核结合成核要释放能量例3.原子核的比结合能曲线如图所示。
根据该曲线，下列说法中正确的是（）A．核比核更稳定B．核的结合能约为7MeVC．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定大于两个轻核的质量和D．在核反应中，只有比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能例4.较轻的核的比结合能____中等大小的核的比结合能（填“大于”、“等于”、“小于”）。
核力与结合能
二、重核与轻核
请同学们找出元素周期表，分析随着原子序数的增大，质子数 与中子数有什么关系？ 结论：自然界中较轻的原子核， 中 质子数与中子数大致相等，但对 子 数 于较重的原子核，中子数大于质 实际存在 子数，越重的元素，两者相差越 的原子核 多。
理想的质子数 和中子数相等 的稳定原子核
注意：排在83号元素铋之后的原 子核都不稳定，它们会自动分解 或衰变为更轻的原子核。
四种相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 是引力使行星绕恒星转动，并且联系着星系团，决定了宇宙 的现状和未来。 2.电磁力：在原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子 结合成液体与固体。 电磁力和万有引力都是“长程力”，即它们可以作用到无限 远的距离，当然距离越远，力就越小 3.强相互作用：在原子核内，强力将核子束缚在一起。 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。 物理学有一条理论：叫做简单才是美。能否将这四条理论 统一起来呢？
结论：万有引力太小，只有库仑力的10-35到10-36之间 。
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。
猜想：有第三种力--核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内， 形成稳定的原子核。
一、核力
核力：能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力 （强相互作用，也叫强力）． 1. 核力是四种相互作用中的强相互作用（强力）的一种 表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。
爱因斯坦的质能方程：E＝mc2
质量亏损表明原子核内的确存在着结合能。
核子在结合成原子核时出现的质量亏损Δm，正表明 它们在互相结合过程中放出了能量 ΔE=Δm·c2
5.核力与结合能
库仑力
mp
核力
万有 引力
通常原子核是稳定的,于是核内还
应有另一种力把各种核子紧紧拉 在一起, 此力称为核力。
万有 引力
核力
mp
库仑力
一、核力：
1、核力：能够把核中的各种核子联系在一 起的强大的力叫做核力．
核力具有怎样的特点呢？
2、核力特点：
（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原 子的尺度内，核力比库仑力大得多。 （ 2 ）核力是短程力。约在 10-15m 量级时起作用， 距离大于 0.8×10-15m 时为引力 , 距离为 1.5×10-15m 时核 力几乎消失，距离小于0.8×10-15m时为斥力。 （3）核力具有饱和性。核子只跟相邻的核子发生
由于核力的作用范围是有限的，如果继 续增大原子核，一些核子间的距离会大到其 间根本没有核力的作用，这时即使再增加中 子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。 在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会 进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就 瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地 留了下来。现在观察到的天然放射性元素， 则正在瓦解之中。
原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核子 的总质量大于原子核的质量. （2）核反应过程中,质量亏损时,核子个数不亏损(即质 量数守恒),可理解为组成原子核后,核内每个核子仿佛 “瘦了”一些. （3)质量亏损并非质量消失,而是减少的质量m以能 量形式辐射(动质量),因此质量守恒定律不被破坏.
核力与结合能课件
③每个核子只跟 邻近 的核子发生核力作用，这种性质称为核力的 饱和性 ． ④核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子 间都可以有核力作用． (3)四种基本相互作用
更短
电磁力 万有引力
二、原子核中质子与中子的比例
(1)一些较轻的原子核如42He、168O、126C、147N中 质 子 数 和 中 子 数 有 什 么 关系？ 答案 质子数与中子数相等. (2)23982U、23940Th 等重核中各有多少个中子、多少个质子？较重的原子核 中中子数和质子数有什么关系？ 答案 23982U 中含有92个质子、146个中子；23940Th 中含有90个质子，144 个中子.较重的原子核中中子数大于质子数.
(3)试从核力的特点及核力的饱和性对上述现象做出解释，并说明原子 核能无限地增大吗？ 答案 稳定的重原子核里，中子数要比质子数多，由于核力作用范围有 限，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，一些核子间距离会大到 其间根本没有核力作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳 定的，所以原子核不能无限地增大.
(2)如图1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？比结合能的大小
图1
反映了什么？
答案 中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核
的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定.
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
二、质量亏损和核能的计算
例2 氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，已知 21H 的平 均结合能是1.09 MeV，31H 的平均结合能是2.78 MeV，42He 的平均结合能是 7.03 MeV，则该核反应释放的能量为________ MeV.
5-核力与结合能
E = [ 2（mn+mP) m c2
上题中，若是一种粒子分解成核子，是释放能量 还是吸收能量？释放（或吸收）旳能量体现式怎样？
吸收能量，吸收旳能量体现式为：
E = [ 2（mn+mP) m c2
例题1、29328 U（原子量为232.0372）衰变为23940Th
（原子量为228.0287）时，释放出粒子
（
4 2
He
旳原子量为4.0026）。写出衰变方程，
而且计算衰变过程中释放旳能量。
解：衰变方程
238 92
U23940Th
4 2
He
衰变后旳质量亏损
m=232.0372u(222.0287u+4.0026u)= 0.0059u
1uc2=931MeV (表达1u 旳质量变化相当于931MeV旳能量变化)
⑤核反应中释放或吸收旳能量比化学反应中释放或吸 收旳能量大好几种数量级。
如例题，2.19MeV旳能量旳绝对数量并不算大， 但这只是构成1个氘核所放出旳能量。假如构成旳是 6.02×1023个氘核时，放出旳能量就十分可观了。与 之相对照旳是，使1摩尔旳碳完全燃烧放出旳能量为 393.5×103J。折合为每个碳原子在完全燃烧时放出旳 能量只但是4eV。若跟上述核反应中每个核子放出旳 能量（比结合能）相比，两者相差数十万倍。
释放旳能量
E mc 2 = 0.0059931.5MeV=5.5MeV
例题2、原来静止旳原子核
a b
X衰变后
放出粒子旳动能为Ek ，假设衰变时
产生旳能量全部以动能旳形式释放出来，
求原子核
a b
X
衰变前后旳质量亏损。
m
aEk
(a 4)c 2
核力与结合能(高中物理教学课件)完整版3
③强相互作用：核力、强力
原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，它使得核子紧密
地结合在一起，形成稳定的原子核。强相互作短用程的作力用范围只有
约10-15m，只有相邻核子之间才有强相互作用。
④弱相互作用：弱力
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。弱相互作用力程比强相互作用更短，只有10-18m。
二.结合能
宏观上：物体要脱离中心天体的束缚，需要能量。例如 宇宙飞船要脱离地球束缚需要达到11.2km/s的速度。 微观上：电离（电子脱离原子核的束缚）也需要能量， 那个能量就是逸出功。可以通过碰撞、施加电场、吸收 光子等途径使它得到相应的能量。 如果要把原子核里面的核子分开，同样需要能量，这个 能量叫结合能。
三.质量亏损 例1.已知中子的质量mn为1.6749×10-27kg，质子的 质量mp为1.6726 ×10-27kg，氘核的质量mD为 3.3436×10-27kg，求氘核的比结合能。
解：质量亏损m mp mn - mD 3.9 1030 kg
结合能E mc2 3.511013 J
核物理中用电子伏特做能量单位：1eV 1.61019 J
1.质能方程：爱因斯坦给出的表示物体的能量与 它的质量的关系方程
E＝mc2或者∆E＝∆mc2 2.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。
注意： ①质量亏损表明原子核存在结合能。 ②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，这部分质量并没有消失或转化为能量，减少的静止质 量转化为和辐射能量有关的运动质量。 ③在核反应中仍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。
4.1 核力与结合能(核能)
核力与结合能
回顾：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． 14
10
m
提出问题：质子间存在着巨 大的库仑斥力，那为什么质 子没有被排斥开，反而还紧 紧的结合在一起呢？
猜想：
万有引力？
一
核力及其性质
质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级 为10-27kg，质子电量e的数量级为10-19C；万有引力常量 G的数量级为10-11，静电力常量k的数量级为109。估算两 质子间库仑斥力与万有引力之比？
2 ke2 / r 2 ke2 109 (1019） 36 10 解： F万 Gm2 / r 2 Gm2 1011 (1027 )2
F库
结论：原子核中的质子要靠自身的万有引力来 抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。
再猜想：在核子之间一定存在着第三种力，使核 子能紧密的结合在一起——核力
需要的能量。
根据功能关系，理由是什么？ 微观模型：
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。
三、
结合能
①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么 现象？若要把它们分开，需要什么条件？
结合能：
将原子核拆分成单个核子需要吸收的能量 将单个核子结合成原子核所要放出的能量
如何求解原子核的结合能？ 质能方程 E=mc2
对质能方程E=mc2的理解：
(1) 物体具有的能量跟它的质量存在着简单正比 关系. （2）任何质量为m的物体都具有大小相当于mc2 的能量。 （3）物体的质量发生变化，相对应的能量也会 变化。
四、质能方程 E=mc2
如何求解原子核的结合能？
1 0
核力与结合能
要点一、核力与四种基本相互作用1．核力：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．这种作用称为强相互作用。
2．强相互作用的特点(1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。
(2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15 m，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β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。
(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。
4．四种基本相互作用要点二、结合能与质量亏损（一）结合能1．结合能：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。
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定。
（三）质量亏损1．质能方程：物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。
2．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。
要点突破一：四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用(1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。
是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10－18 m，作用强度则比电磁力小。
二：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10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离为10×10－15 m时核力几乎消失。
核力与结合能
选项E错误．对于这类选择题，可应用学过的知识分析各
个选项，迅速得出答案． 答案：ABC
4 质量亏损 1．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
栏 目 链 接
E＝mc2或ΔE＝Δmc2.
这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方 程．方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存 在着简单的正比关系．物体的能量增大质量也增大，能
表明此过程中出现了质量亏损
D．E＝mc2中的E是发生核反应释放的核能
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说法正确；对于 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说法正确；只有在出现质量亏损 时，才能释放核能，故C说法正确，所以选D.
中各量都应取国际单位．但在微观领域，用国际单位往 往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏 特”作为质量和能量的单位．一原子质量单位的质量为1 u,1 u＝1.660 6×10－27 kg，由质能方程知，1 u的质量所
栏 目 链 接
对应的能量E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝
栏 目 链 接
变 式 迁 移
E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的
能量小于该原子核的结合能
解析：本题考查原子核物理的结合能及其相关知识点， 意在考查考生综合应用知识分析问题的能力．比结合能 越大，原子核越稳定，选项D错误．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，
栏 目 链 接
(1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度，比结合
能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．
19.5 核力与结合能
二、原子核中质子与中子的比例
自然界中较轻的原子 核，质子数与中子数 大致相等，但对于较 重的原子核，中子数 大于质子数，越重的 元素，两者相差越多。
为什么会这样呢？
核越来越大，有些核子间的距离越来越远。随着
距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减
小得更快。所以，原子核大到一定程度时，相距
较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑
物理 课室
4）规律：较轻核和较重核的核子平均结合能较小, 稳定性较差;中等质量核的核子平均结合能较大， 稳定性较好。
四
质量亏损
1 0
2 E=mc
1 1 2 1
如何求解原子核的结合能？
n H H
反应前质量/kg
反应后质量/kg
3.3436×10－27
mn 1.6749×10－27 m氘 － 27 mp 1.6726×10 总质量 3.3475 ×10－27 总质量
2 E=mc
2
E m c
核能
质量亏损
计算任意核反应中释放 的核能，先计算质量亏 损Δ m，在带入质能方 程求出核能。
四 质能亏损
2 E=mc
【讨论与交流】 下面说法是否正确。并说明理由。
（1）由质能方程E=mc2，可推得ΔE=Δmc2,这说明质量 就是能量，质量可以转化为能量。
1、质量和能量是两个完全不同的概念，它们表征的对 象不同，相互之间不能转化。
F库 解： F万
2 ke2 / r 2 ke2 109 (1019） 11 2 2 2 Gm / r Gm 10 (1027 ) 2
10
36
结论：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。
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19．5★ 新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。
（二）过程与方法1．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；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。
（三）情感、态度与价值观1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。
★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
★ 教学方法-可编辑-教师启发、引导，学生讨论、交流★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
★课时安排1 课时★ 教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67 x 10-27,g带电量为元电荷e=1.6 x 10-1,C原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍？学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能（板书）点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。
（二）进行新课1 ．核力与四种基本相互作用（板书）点拨：20 世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力（库仑力是一种电磁力）。
在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。
电磁力大约要比-可编辑-万有引力强1036 倍。
基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。
核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核后来的实验证实了科学家的猜测.问：那么核力有怎样特点呢?学生：阅读教材核力的特点部分，讨论、总结并回答核力特点：（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5 X 10-15 r之内。
（3）核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
教师总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用一弱相互作用（弱力），弱相互作用是引起原子核 B衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。
弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18r ，作用强度则比电磁力小。
点评：通过学生自主学习培养学生的自学能力，同时通过讨论激发学习兴趣。
教师讲述：四种基本相互作用力弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用：①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核B衰变的原因-短程力②强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起-短程力③电磁力：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，使原了结-可编辑-合成分子，使分子结合成液体和固体。
-长程力④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。
是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。
T长程力学生：阅读课本左边的阅读内容总结自然界的四种基本相互作用力及它们的作用范围。
2．原子核中质子与中子的比例教师：随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数。
引导学生阅读教材原子核中质子与中子的比例部分及挂图，思考两个问题：随着原子序数的增加，稳定原子核中的质子数和中子数有怎样的关系？学生回答：随着原子序数的增加，较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多。
引导学生阅读教材思考为什么随着原子序数的增加，稳定原子核中的中子数大于质子数?点评：提示学生从电磁力和核力的作用范围去考虑。
总结：若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。
所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了；若只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多。
由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间-可编辑-的距离会大到其间恨本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。
因此只有200 多种稳定的原子核长久地留了下来。
3．结合能由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。
要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，,或者需要巨大的能量。
例如用强大的丫光子照射氘核，可以使它分解为一个质子和一个中子。
从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22MeV 时，这个反应才会发生. 相反的过程一个质子和一个中子结合成氘核，要放出 2.22MeV 的能量。
这表明要把原子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能.原子核越大，它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。
比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定.点拨：那么如何求原子核的结合能呢?爱因斯坦从相对论得出了物体能量与它的质量的关系，指出了求原子核的结合能的方法。
4．质量亏损（1）质量亏损讲述：科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显的表现出来.让学生回顾质量、能量的定义、单位，向学生指出质量不是能量、能量也不是质量，-可编辑- 质量不能转化能量，能量也不能转化质量，质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。
点评：质量亏损与质量与能量的关系是本节的难点。
学生很容易从字面上得出错误结论：①质量就是能量、能量就是质量，质量可以转化能量,能量可以转化质量。
②在核反应中不遵守质量守恒定律、能量守恒定律（2）爱因斯坦质能方程：E= mc2讲述：相对论指出，物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系，即E= mc2式中，c为真空中的光速。
爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比。
由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。
（3）核反应中由于质量亏损而释放的能量：△〔=△ m c2讲述：物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化△E与物体的质量变化△ m的关系：△ E=A mc2.单个的质子、中子的质量已经精确测定。
用质谱仪或其他仪器测定某种原子核的质量，与同等数量的质子、中子的质量之和相比较，看一看两条途径得到的质量之差，就能推知原子核的结合能。
点评：向学生指出以下几点：①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，减少的-可编辑-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变为能量，只是静止质量的减少。
③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律;④质量只是物体具有能量多少及能量转变多少的一种量度。
点拨：师生共同阅读原子核的比结合能挂图，指出中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用。
（巩固练习）已知1 个质子的质量mp=1.007277u，1 个中子的质量mn=1.008665u.氦核的质量为4.001 509 u这里u表示原子质量单位，1 u=1.660 566 X 10-2由上述数值，计算2个质子和2个中子结合成氦核时释放的能量。
（28.3MeV）学生：学习课本例题，做巩固练习，加深对质量亏损、原子核的结合能及比结合能的理解（三）课堂小结根据爱因斯坦质能方程自然界中物体的质量和能量间存在着一定对应关系：E=mc2,可见物质世界贮藏着巨大能量，问题是如何使贮藏的能量释放出来。
人类以前利用的是燃料燃烧时释放的化学能。
在发生化学反应时，是原子外层电子的得失，这种情况下人类获取的能量可以说属于原子的“皮能”。
在核反应时，可以产生较大一些的质量亏损，从而使人类获得了大得多的能量，这里的变化属于原子核的变化，相应的能量称作原子核能。
换句话说，即物体贮藏的能量是巨大的。
迄今为止，人类所利用的能量还只是很-可编辑-小的一部分，如果人类在探索中能掌握新的方式，以产生更大的质量亏损，也就必然能够获得更为可观的能量，这对解决人类的能源危机具有重要意义。
（四）作业：1、理解原子核的结合能的概念；理解质量与能量的区别及它们之间的对应关系；2、完成课本后面的练习1、2、3、4★ 教学体会思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
-可编辑-。