高中物理-核力与结合能
第十九章 第5节 核力与结合能
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1.比结合能曲线 不同原子核的比结合能随核子数变化图线如图所示。
从图中可看出，中等质量原子核的比结合
能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量
的原子核要小。
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2．比结合能与原子核稳定性的关系 (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 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。
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[典型例题] 例 2.一个锂核37Li受到一个质子的轰击，变成两个 α 粒子。已知质子的质量是 1.673 6×10－27 kg，锂核的 质量是 11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是 6.646 6× 10－27 kg。 (1)写出上述核反应的方程； (2)计算上述核反应释放出的能量。(保留 3 位有效 数字)
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(2)利用原子质量单位 u 和电子伏特间的关系 计算
①原子质量单位 u 和电子伏特间的关系：1 u 相当于 931.5 MeV；
②根据①，原子质量单位 u 相当于 931.5 MeV 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 931.5 MeV，即 ΔE＝Δm×931.5 MeV。
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解析：粒子结合前后的质量亏损为 Δm＝2mH＋mn－mHe＝0.020 904 u 由于 1 u 相当于 931.5 MeV，则结合能为 E＝0.020 904×931.5 MeV≈19.472 1 MeV ≈3.115 5×10－12 J
2017高中物理第十九章原子核5核力与结合能课件
答案:ABC
核能的计算方法和步骤 知识链接 核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题,其基本 方法: 1.根据质量亏损计算,步骤如下: (1)根据核反应方程,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 E=mc2 或 ΔE=Δmc2 计算核能。 (3)计算过程中 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: (1)正确写出核反应方程或明确题设的核反应方程中各原子核、 粒子的个数; (2)以原子质量单位(u)为单位,计算反应前后的质量差(即质量 亏损)Δm(u); (3)根据爱因斯坦质能方程直接应用公式 ΔE=Δm(u)× 931.5 MeV 来计算核能。
0 核反应方程为 -1 e+1 e→γ+γ。 0
答案:1.02 MeV
类题试解 一个锂核(7 Li)受到一个质子的轰击,变成两个 α 粒子。 3 (1)写出这一核反应方程; (2)已知氢原子的质量 mH=1.673 6× 10-27 kg,一个锂原子的质量 m=11.650 5× 10-27 kg,一个氦原子的质量 mα=6.646 6× 10-27 kg,求释 放的能量是多少?
简答:原子核之间存在着巨大的核力,使小小的原子核蕴藏着巨 大的能量,当发生核反应时就会释放巨大的能量。
预习导引
一、核力与四种基本相互作用 1.什么是核力 组成原子核的核子之间有很强的相互作用力,使核子能够克服 库仑斥力而紧密地结合在一起,这种力称为核力。 2.核力是短程力 核力是一种强相互作用力,在它的作用范围内比库仑力大得多; 核力是一种短程力,作用范围仅局限于 1.5× 10-15 m,在大于 0.8× 10-15 m 时表现为引力,超过 1.5× 10-15 m 时,核力急剧下降为零;而距离小于 0.8× 10-15 m 时,核力为斥力。 3.核力的饱和性 每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用。
2021_2022学年新教材高中物理第五章原子核3核力与结合能课件新人教版选择性必修第三册
【例 2】 对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是
() A．将原子核拆解成自由核子时释放能量 B．自由核子结合为原子核时吸收能量 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
【解析】 A、B 错：自由核子结合成原子核的过程中，释 放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时，需要吸收相应 的能量，该能量即为结合能．
(3)1 g 氘核完全参与上述反应，共释放核能多少？阿伏加德 罗常数 NA＝6.0×1023 m可知，氘核与氚核的聚变 反应：21H＋31H→42He＋baX＋17.6×106 eV，X 的质量数是 1，电荷 数是 0，故 X 是中子．
答案：D
变式训练 2 (多选)下列对核力的认识正确的是(ACD) A．核力是强相互作用的一种表现 B．核力存在于质子和中子之间、中子和中子之间，质子和 质子之间只有库仑斥力
C．核力是核子间相互作用的力，是短程力 D．核力只存在于相邻的核子之间
核力的特点
(1)强力：核力是强相互作用(强力)的一种表现．在原子核的 尺度内，核力比库仑力大得多．
要点三 质量亏损与质能方程
题型 1 对质能方程的理解与应用 【例 4】 (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 是发生核反应时释放的核能
A．原子核与电子之间的作用力主要是电磁力 B．中子和质子间的作用力主要是核力 C．质子与质子间的核力，在 2.0×10－15 m 的距离内远大于 它们相互间的库仑力 D．原子核与电子之间的万有引力大于它们之间的电磁力
人教版高中物理选修3-519-5.docx
高中物理学习材料桑水制作5 核力与结合能(时间：60分钟)难度及题号考查知识点及角度基础中档稍难对核力及结合能的理解1、2 3质量亏损、核能的计算4、5、67、8、综合提升9、10、1112知识点一对核力及结合能的理解1．对结合能、比结合能的认识，下列正确的是 ( )．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解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确、B错误；核子较多的原子核的结合能大，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．答案AD2．(2013·广州高二检测)在下列判断中，正确的是( )．A．组成238U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用92U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用B．组成23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用C．组成23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用D．组成23892U核的核子较多，两核子之间的距离可能解析核力属于短程力，由于组成23892超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，所以选项A、B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C正确．答案 C图19－5－23．如图19－5－2所示是描述原子核核子的平均质量m－与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 ( )．A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．答案 C知识点二质量亏损、核能的计算4．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m p，中子的质量为m n，氦核的质量为mα，下列关系式正确的是 ( )．A．mα＝(2m p＋2m n) B．mα<(2m p＋2m n)C．mα>(2m p＋2m n) D．以上关系式都不正确答案 B5．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是 ( )．A．m3c2 B．(m1＋m2)c2C．(m3－m2－m1)c2 D．(m1＋m2－m3)c2解析质子和中子结合成原子核氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm＝(m1＋m2－m3)．依据质能方程可知，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3)c2.答案 D6．用质子轰击锂核(7Li)生成两个α粒子，以此进行有名的验证爱因斯坦质能方3程的实验．已知质子的初动能是0.6 MeV，质子、α粒子和锂核的质量分别是1.0073 u、4.001 5 u和7.016 0 u．已知1 u相当于931.5 MeV，则下列叙述中正确的是( )．A．此反应过程质量减少0.010 3 uB．生成的两个α粒子的动能之和是18.3 MeV，与实验相符C．核反应中释放的能量是18.9 MeV，与实验相符D．生成的两个α粒子的动能之和是19.5 MeV，与实验相符答案CD7．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是 ( )．A．(M－m1－m2)u·c2 B．(m1＋m2－M)u×931.5 JC．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 eV解析在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错．答案 C8．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋1n―→21H＋γ，以下说法中正确的是 ( )．A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C.答案AC9．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子11H轰击静止的A E X，生成两个动能均为8.9 MeV的42He.(1 MeV＝1.6×10－13 J)(1)上述核反应方程为__________________________________________．(2)质量亏损为________kg.解析(1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H＋73X―→42He＋42He或11H＋73Li―→42He＋42He.(2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He的动能为E k，由于质量亏损而释放的能量为ΔE＝2E k－E k0＝(2×8.9－0.5) MeV＝17.3 MeV，根据爱因斯坦质能方程，有Δm＝ΔEc2＝17.3×1.6×10－13（3.0×108）2kg＝3.1×10－29 kg.答案(1)11H＋73X―→42He＋42He(或11H＋73Li―→42He＋42He) (2)3.1×10－2910．已知氮核质量m N＝14.007 53 u，氧核质量m O＝17.004 54 u，氦核质量m He＝4.003 87 u，质子质量m H＝1.008 15 u，试判断核反应147N＋42He―→178O＋11H 是吸能反应还是放能反应？能量变化为多少？解析反应前总质量m N＋m He＝18.011 40 u反应后总质量m O＋m H＝18.012 69 u，因为反应中质量增加，所以此反应是吸能反应，所吸能量为ΔE＝Δmc2＝[(m O＋m H)－(m N＋m He)]c2＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV＝1.2 MeV.答案吸能 1.2 MeV11．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子．已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是 ( )．A．核反应方程是11H＋1n―→31H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3 C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝h（m1＋m2－m3）c2解析此核反应的核反应方程为11H＋1n―→21H＋γ，A错；由质能方程，γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，C错；由E＝h cλ知，波长λ＝h（m1＋m2－m3）c，D错．故选B. 答案 B12．钚的放射性同位素23994Pu静止时衰变为铀核激发态23592U*和α粒子，而铀核激发态23592U*立即衰变为铀核23592U，并放出能量为0.097 MeV的γ光子．已知：23994Pu、23592U和α粒子的质量分别为m Pu＝239.052 1 u、m U＝235.043 9 u和mα＝4.002 6 u，1 u＝931.5 MeV/c2.已知衰变放出的γ光子的动量可忽略，求α粒子的动能．解析上述衰变过程的质量亏损为Δm＝m Pu－m U－mα①放出的能量为ΔE＝Δmc2②这能量是铀核的动能E U、α粒子的动能Eα和γ光子的能量Eγ之和，即ΔE＝E U＋Eα＋Eγ③由①②③式解得E U＋Eα＝(m Pu－m U－mα)c2－Eγ④设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U和vα，则由动量守恒得m U v U＝mαvα⑤又E U＝12mUv2U⑥E α＝12mαv2α⑦由⑤⑥⑦式解得EUEα＝mαmU⑧由④⑧式解得Eα＝mUmU＋mα[(m Pu－m U－mα)c2－Eγ]代入题给数据解得Eα＝5.034 MeV. 答案 5.034 MeV。
高二物理选修3-5 核力与结合能 ppt
第四.公式ΔE=Δm·2 的单位问题 c
库仑力
万有 引力
mp
核力
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：
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？
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量级时起作用，距离
3.
235 92
U（原子量为 .0372）衰变为 Th 232
228 90
（原子量为 .0287）时，释放出 粒子 228 并求出衰变过程中释放 出多少能量？
（4 He的原子量为 .0026）。写出核反应方程， 4 2
爱因斯坦质能方程 E=mc2 式中c是真空中的光速，m是物体的 质量，E是物体的能量。
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·2 c
3、有关问题的理解和注意事项
第一.核反应过程中:
核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质 量(质量亏损),同时以光子形式释放核能;
成物——夸克的相互作用。
除核力外原子核内还存在 弱相互作用（弱力）
弱力是引起中子－质子转变的原因
弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为 10－18m，作用强度则比电磁力小。
19.5 核力与结合能(解析版)
19.5 核力与结合能学习目标1．知道核力及其作用过程。
2．了解原子核中质子与中子的比例。
3．掌握结合能与质量亏损。
重点：1．爱因斯坦质能方程的理解。
2．结合能和比结合能概念。
难点：1．对爱因斯坦质能方程的理解。
2．结合能的概念。
知识点一、核力与四种基本相互作用1．20 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。
电磁力大约要比万有引力强1036 倍。
原子核里的核子间存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
2．核力定义：组成原子核的每个相邻核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。
特点：核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。
（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m 之内。
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，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
（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。
1【特别提醒】核力与带电荷情况无关。
无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，且是相同的。
3．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—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10-18m，作用强度则比电磁力小。
4．四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β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，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体。
5-3核力与结合能(教学课件)——高中物理人教版(2019)选择性必修第三册
于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。
练习、下列有关质能方程的说法中，正确的是（
）
B
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，可以用物体的质
量作为它所蕴藏的能量的量度
比结合能不一定小。
(2)判断原子核稳定性，比较比结合能的大小，而不是比较结合
能的大小，比结合能越大，原子核越稳定。
(3)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能
最大、原子核最稳定。
练习、(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确
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
5.3 核力与结合能
学习目标
1、知道核力的概念和特点，了解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原子序数的增大而减小
3、知道并理解原子核的结合能和比结合能的概念。
4、知道什么是质量亏损,能应用爱因斯坦质能方程进行计算。
一、核力与四种基本相互作用
1、核力
（1）定义：使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核的力
算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV.(1 u相当于931.5
MeV)
3、利用比结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统
内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，
就是该核反应所释放(或吸收)的核能.
练习、一个锂核( 73Li
)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子.已知
5.3核力与结合能课件-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册
释放出巨大的核能．
6、原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
铁（Fe）原子的
比结合能最高的是镍-62。只
不过镍-62最终也会衰变成铁
元素，所以我们会习惯性地
认为铁元素的比结合能最高。
比结合能最大
铁（Fe）
原子比较稳定
规律方法：
1
0
n+ 11 H
21 H+
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
原子核的质量。
5、对质能方程E＝mc2的理解
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，
一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之
积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能
特别提醒
(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子
核，比结合能不一定小。
(2)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能
最大、原子核最稳定。
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。这个能量有多大？我们可能计算出来吗？
三、质量亏损：
原子核的结合能很难直接测量。幸好，爱因斯坦已经给我们
需要通过碰撞、施加电场、让氢原子吸收光子等途径使它
得到相应的能量。
思考与讨论：氦原子核是由两个质子和两个
中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，
需要吸收能量还是放出能量？
把核子分开需要吸收的能量与核子结合时放出的能量有什么关
系呢？
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
高二物理 核力与结合能 重核裂变 轻核聚变
铀核裂变时如果生成物不同，释放 的能量也有差异。一个铀235核裂 变时释放的能量如果200MeV估算， 1kg铀235全部裂变时放出的能量 就相当于2800t标准煤完全燃烧时 释放的化学能!
我国第一颗原子弹爆炸
切尔诺贝利事件
除核力外原子核内还存在自然界的第四种相互作用 弱相互作用（弱力） 弱力是引起β衰变，即中子－质子转变的原因 弱相互作用也是短程力，力程比强力更短，为10－18m，作用强度则比电 磁力小。
四种基本相互作用
1.万有引力：引力主要在宏观和宇宙尺度上“独领风骚”。 2.电磁力：电磁力和万有引力都是“长程力”。
某些轻核能够结合 在一起，生成一个 较大的原子核，同 时放出大量的核能。 这种核反应叫做核 聚变。
在20世纪20年代末曾经引起 遐想：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，这样岂 不是可以释放能量供人使用？ 前景的确诱人，但是怎样使原 子核发生分裂或者合并呢？这 在当时是一个无法解决的问题。
1938 年底，德国物理学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轰击铀核的实验 中发现，生成物中有原子序数为 56 的元素钡。 奥地利物理学家迈特纳和弗里施对此做出了解释：铀核在被中子轰击后分裂成 两块质量差不多的碎块。弗里施借用细胞分裂的生物学名词，把这类核反应定 名为原子核的裂变。
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。
中
子
实际存在的
数
原子核
问题：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，
物理选修3-5_19.5核力与结合能
类比分析：要使基态氢原子电离，也就是要从氢原子中把电子剥离， 需要通过碰撞、施加电场、赋予光子等某种途径让它得到13.6eV 的能量。这个能量实际上就是电子与氢原子核的结合能，不过通常 把它叫做氢原子的电离能，而结合能一词只用在原子核中
物理 课室
二
结合能
H H n
2 1 1 1 1 0
物理 课室
三
1 1
质能方程 E=mc2
1 0 2 1
H n H
m1 m2 m3 ΔE 根据质能方程E=mc2和能量守恒定律，推导出 γ 光子的能量(即氘核的结合能） 并总结出求结合能的方法。
m1c m2 c m3c E
2 2 2
E (m1 m2 m3 )c
猜想：
万有引力？
物理 课室
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。估算库 仑力与万有引力之比？
F库 解： F万
2 ke2 / r 2 ke2 109 (1019） 11 2 2 2 Gm / r Gm 10 (1027 ) 2
物理 课室
人教版选修3—5
§19.5 核力与结合能
1、知道核力的概念及其性质。 2、认识原子核的结合能 3、了解平均结合能。 4、会利用质能方程求解结合能。
物理 课室
第四节
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 大的库伦斥力，那为什么质 子没有被排斥开，反而还紧 紧的结合在一起呢？
2023年新教材高中物理核力与结合能讲义新人教版选择性必修第三册
3．核力与结合能核心素养学习目标物理观念知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。
科学思维理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、解决问题的能力。
科学探究通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。
科学态度与责任学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣和责任。
知识点 1 核力与四种基本相互作用1．四种基本相互作用(1)引力相互作用，把行星和恒星聚在一起，组成太阳系，银河系和其他星系，是长程力。
(2)电磁相互作用，宏观物体中包含了大量带负电的__电子__和带正电的__原子核__宏观物体之间的__压力__、__拉力__、__弹力__、__支持力__等，都起源于这些电荷间的相互作用是长程力。
(3)强相互作用，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__，是短程力。
(4)弱相互作用，在某种放射现象中起作用的还有一种基本相互作用称为__弱相互作用__，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强相互作用更短，是短程力，作用范围只有__10－18 m__。
2．核力原子核由质子和中子组成，中子和质子靠强大的核力结合在一起。
(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10－15 m之内。
知识点 2 结合能与质量亏损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(平均结合能)原子核的结合能与__核子数__之比，称作比结合能，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__。
__中等大小__的核的比结合能最大，最稳定。
3．质能方程物体的能量与它们质量的关系是：E＝__mc2__。
核力与结合能课件
3．核反应中由于质量亏损而释放的能量 ΔE＝Δmc2： 从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化 ΔE 与物体 的质量变化 Δm 的关系：ΔE＝Δmc2. 4．判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法： 根据反应前后质量的变化情况进行判断，若质量减少即发生了质
量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量．
核力的特点：
①核力是强相互作用力，在它的作用范围内核力比库仑力大得多． ②核力是短程力，作用范围在 1.5×10－15m 之内，在大于 0.8×10 －15 m 时核力表现为引力，超过 1.5×10－15 m 时核力急剧下降几乎消失， 在小于 0.8×10－15 m 时核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起． ③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
0.004615 u. 释放出的能量为 ΔE＝0.004615×931.5 MeV＝4.30 MeV.
(3)根据动量守恒定律有 mLivLi＝mαvαቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 由动能定义式有 EkLi＝12mLiv2Li，Ekα＝12mαvα2，
联立有EEkkLαi＝mmLαi＝47. 根据能量守恒有 EkLi＋Ekα＝ΔE＝4.30 MeV. 解得生成物的动能分别为 EkLi＝1.56 MeV，Ekα＝2.74 MeV. 【答案】 (1)105B＋10n―→73Li＋42He
【答案】 D 【方法归纳】 对结合能和比结合能定义的理解是判断此题关键．
知识点二 核能的计算方法 重点聚焦 1．质量亏损 (1)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地表现出 来． (2)Δm 是核反应前与核反应后的质量之差．
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
高中物理人教版(2019)选择性必修第三册-5.3 核力和结合能-学案(有答案)
核力与结合能【学习目标】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．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。
【学习重点】质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
【学习难点】结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
【学习过程】一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的________间存在着相互作用的核力，________把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
提问：那么核力有怎样特点呢？2．核力特点：（1）核力是______________________的一种表现。
（2）核力是___________力，作用范围在________________m之内。
（3）核力存在于______________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_____________。
（4）核力具有_______________。
对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
3．四种相互作用（1）_________________________。
（2）_________________________。
（3）_________________________。
（4）_________________________。
二、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________，也需要能量，这就是原子核的结合能。
2．组成原子核的核子数越多，结合能_____________。
新教材人教版高中物理选择性必修第三册 5-3 核力与结合能 导学案
5.3核力与结合能【学习目标】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．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。
【学习重点】质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
【学习难点】结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
【学习过程】一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的________间存在着相互作用的核力，________把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
提问：那么核力有怎样特点呢？2．核力特点：（1）核力是______________________的一种表现。
（2）核力是___________力，作用范围在________________m之内。
（3）核力存在于______________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_____________。
（4）核力具有_______________。
对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
3．四种相互作用（1）_________________________。
（2）_________________________。
（3）_________________________。
（4）_________________________。
二、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________，也需要能量，这就是原子核的结合能。
2．组成原子核的核子数越多，结合能_____________。
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．
新教材人教版高中物理选择性必修第三册 5-3核力与结合能 教学课件
2、核力的特点：
⑴核力是强相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力大得多（比库仑力
强137倍）。
⑵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, 距离为1.5×1015m
时核力几乎消失，距离小于 0.8×10-15m 时为斥力，因此核子不会融合在一起。
核子数
3、质量亏损
原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原
子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
ΔE＝Δmc2
第十四页，共二十八页。
典例分析
【例题1】 (多选)下列说法正确的是( ABC)
A.核力是短程力,作用范围很小,只在邻近核子间发生
⑶核力与电荷无关。（核力与核子电荷无关）
⑷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。
第五页，共二十八页。
3、四种基本相互作用的对比
作用对象
引力相互作用
电磁相
互作用
强相互
作用
弱相互
作用
特点
作用范围
举例
Hale Waihona Puke 一切物体之间随距离增大而减
弱
长程力，宏观
电荷间、电流间、
磁体间
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。
第二页，共二十八页。
新课导入
原子核是由中子和质子构成的。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？
第三页，共二十八页。
新课讲解
质子相互间距r的数量级为10-15m；质子质量m的数量级为
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三、结合能
结合能并不是由于核子结合成原子核 而具有的能量,而是为把核子分开而需要的 能量。
比结合能：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。
四、质量亏损
1、例题：
1 0
n11H
12
H
中子的质量 =1.6749×10－27Kg
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, 库仑力
万有引力太小,只有库仑力的 mp
万有 引力
10-36。而通常原子核是稳定的, 核力
万有 引力
于是核内还应有另一种力把各 核力
种核子紧紧拉在一起, 此力称
mp
为核力。
库仑力
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．
课堂练习:
(1)试证明,1原子质量单位u相当于931.50 MeV的能 量．1u=1.6606×-27kg,光速 c=2.9979×108m/s,1eV=1.6022×10-19J．
(2)碳原子的质量是12.000 000 u,可以看做是由6个 氢原子(质量是1.007 825u)和6个中子组成的．求核 子结合成碳原子核时释放的能量．(在计算中可以用 碳原子的质量代替碳原子核的质量,用氢原子的质量 代替质子的质量,因为电子的质量可以在相减过程中 消去．)
• 教学方法：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。
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。
核力具有怎样的特点呢？
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量级时起作用,距离 大于0.8×10-15m时为引力, 距离为10×10-15m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。
质子的质量 = 1.6726×10－27Kg
中子和质子的质量和 = 3.3475×10－27Kg
氘核的质量 = 3.3436×10－27Kg
质量差 = 0.0039×10－27Kg
四、质量亏损
1、例题：
2、质量亏损：原子分解为核子时,质量 增加；核子结合成原子核时,质量减少。 原子核的质量小于组成原子核的核子的 质量之和,叫做质量亏损。
4. 核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态, 核力与核子电荷无关。
要真正了解核子间的相互作用还要考虑核子的组成 物——夸克的相互作用。
除核力外原子核内还存在 弱相互作 用（弱力）
弱力是引起中子－质子转变的原因
弱相互作用也是短程力,力程比强力 更短,为10－18m,作用强度则比电磁力 小。
二、原子核中质子与中子的比例
爱因斯坦质能方程 E=mc2
式中c是真空中的光速,m 是物体的质量,E是物体的能量。
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
3、有关问题的理解和注 意事项
第一.核反应过程中:
核子结合成原子核时,新核质量小于核子的质 量(质量亏损),同时以光子形式释放核能;
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。
• 3、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。
19.5《核力与结合能》
教学目标
• 1、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。 • 2、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
原子核分解为核子时,需要吸收一定能量,核 子的总质量大于原原子核的质量.
第二.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.
第三.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(来自质量),因此质量守恒定律不被破坏.
第四.公式ΔE=Δm·c2 的单位问题
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。
P82问题与练习 3.
常用单位: m用“u(原子质量单位)” 1u=1.660566×10-27kg ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV (表示1u 的质量变化相当于931Me V的能
量改变)
第五.核反应中释放或吸收的能量比化学 反应中释放或吸收的能量大好几个数量级.
当然,2.19MeV的能量的绝对数量并不算大, 但这只是组成1个氘核所放出的能量．如果 组成的是6.02×1023个氘核时,放出的能量 就十分可观了．与之相对照的是,使1摩的碳 完全燃烧放出的能量为393.5×103J．折合 为每个碳原子在完全燃烧时放出的能量只不 过4eV．若跟上述核反应中每个原子可能放 出的能量相比,两者相差数十万倍．
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 衡它们之间的库仑力,这个原子核就不稳定 了。这时,如果不再成对地增加核子,而只 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,有助于维系原子核的 稳定。由于这个原因,稳定的重原子核里, 中子数要比质子数多。
3.29325 U（原子量为232.0372）衰变为22980Th （原子量为228.0287）时，释放出粒子
（4 2
He的
原
子
量
为4.0026）
。写
出
核
反
应
方
程，
并求出衰变过程中释放出多少能量？
三、结合能
相同
某一数值时 某一数值时
三、结合能
由于核子间存在着强大的核力,所以核子 结合成原子核或原子核分解为核子时,都伴随 着巨大的能量变化．
例如：
1 0
n
11H
12
H
2 1
H
11
H
10
n
可见,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．