高中物理选修3-5核力与结合能
人教版高中物理选修3-5课件：19-5核力与结合能
用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(31H)和 α 粒子， 并放出 4.8 MeV 的能量．
(1)写出核反应方程； (2)求出质量亏损； (3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和 α 粒 子的动能之比是多少？ (4)α 粒子的动能是多大？(1 u 相当于 931.5 MeV)
【规范解答】 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，故选项 A 错误，而选项 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，故选项 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，故选 项 D 错误．故选 B.
2．为什么核子不能融合在一起？ 提示：核子间存在核力，当核力的作用范围小于 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．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？
提示：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.
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．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合 能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
【易错分析】 弄不清核子结合成原子核和原子核拆成核子 哪个吸热哪个放热而错选 A.不能正确区分比结合能与结合能，认 为比结合能大的原子核结合能也一定大而错选 B，从而得到错误 答案 AB.
2．质量亏损 (1)爱因斯坦质能方程：E＝ mc2 或 ΔE＝Δmc2. (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．
人教版高中物理选修3-5第十九章1核力与结合能(33张)-PPT优秀课件
核力的性质，要通过实验确定.例如核 子-核子散射实验、氘核(最简单的两核子组 成体，“柿子专挑软的捏”)性质实验.通过 对散射实验结果分析认识核力的特点.
17
四、质量亏损和结合能
实验发现，原子核的质量总是小于组 成它的核子的质量和.
表1 一些粒子的质量和能量
粒子 电子e
静止质量m0/u 0.00054858
能量m0c2/MeV 0.51100
质子p
1.007276
938.272
中子n
1.008665
939.565
氘核d
2.013553
1875.613
库仑力远远小于核力，库仑力做功远 小于克服核力做功.
21
一般总有体系的质量比起组分的各个质 量之和小。分子的质量小于各个原子质量之 和，原子的质量小于原子核质量与电子质量 之和.
任何两个物体结合在一起，都会释放一 部分能量.一般情况下，释放的能量微乎其微， 无需考虑.例如电子和质子组成氢原子时，放 出13.6eV的能量，相对于电子的静能可以忽 略.
中正确的是（ CD ）
A.此反应过程质量减少0.0103u
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人教版高中物理选修3-5第十九章 19.5 核力与结合能(共33张PPT)【PPT优秀课 件】- 精美版
比结合能
原子核平均每个核子的结合能，即结 合能除以核子个数.
Ɛ=B/A 比结合能越大，将一个核子从原子核 取出所需要的能量越多，原子核中核子结合 得越牢固，原子核越稳定.
高二物理选修3-5核力与结合能
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。
中,质量亏损时,核 子个数不亏损(即 质量数守恒),可理
非质量消失,而是 减少的质量m以 能量形式辐射(动
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.
解为组成原子核后, 核内每个核子仿佛 “瘦了”一些.
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
01
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．
课堂练习:
02
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．)
合能．
1
三、结合能
2
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、质量损
1、例题：
中子的质量 =1.671 409n × 11 1 0H －27 Kg1 2H
高中物理选修3-5：19.5 核力与结合能 课件
质量亏损: Δm = 0.0039×10－27 Kg
释放能量: ΔE = Δmc2 = 3.51×10-13 J
= 2.19 MeV
比结合能为：
2.19 MeV =1.10 MeV
2
讨论与交流
判断下面说法是否正确，并说明理由。 1. 由质能方程E=mc2，可推得ΔE= Δ mc2，这说明质量 就是能量，质量可以转化为能量。
新课讲授
一、核力与四种基本相互作用
p
nn
n
p
p
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
注意
1. 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； 2. 核力是一种短程力。作用范围仅限于1.5× 10－15 m 之内 ；3. 每个核子只跟相邻的核子发生核力的作用，这种性质称为 核力的饱和性。
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。
讨论与交流
结合能越大原子核是不是越难被拆散？即结合能的大小 能不能反映原子核的稳定程度？
比结合能：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 。
四、质量亏损
新课导入
原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子 。 提出问题 质子间存在着巨大的库仑力，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
分析论证
质子相互距离 r 的数量级为 10-15 m；质子质量 m 的数量 级为 10-27 kg，质子电量e的数量级为 10-19 C；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。
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”）。
人教版高中物理选修3-5课件：19-5核力与结合能 (共52张PPT)
对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( 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：氢原子核只有一个质子，无结合能，结合能并不是原 子核所具有的能量，故 A 错；自由核子结合为原子核时，放出 能量，故 B 错；比结合能越大的原子核越稳定，故 C 错，D 正 确．
第 十 九 章
原子核
五
核力与结合能
自 主 预 习
学习目标 1.知道核力的概念，特点及四种基本 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．理解结合能和比结合能的概念． 4．知道质量亏损，理解爱因斯坦质读 重点：1.理解核力的特点． 2．结合能、质量亏损和质能方 程． 难点： 1.原子核中质子和中子 的比例问题． 2．结合能和比结合能的概念.
ΔE′＝ΔE1－4ΔE2＝127.68MeV－4×28.28 MeV ＝14.56 MeV. 【答案】 127.68 MeV 14.56 MeV
(1)利用比结合能计算核反应过程中的反应能时，往往采用 “先拆分后组合”的方法． (2)要准确理解结合能的概念．要让原子核分解为核子，这 个能量我们可以理解为“恰好”，而在实际情况下，需要的能量 比结合能要大，因分解出的核子还要有动能．
2．结合能与平均结合能的关系是什么？
【规范解答】
将16 8O 分成 8 个质子和 8 个中子所提供的能
16 量为16 8O 的结合能，即为其核子数与平均结合能的乘积．将 8O 分
成 4 个4 一是将16 2He 可以看做两个过程： 8O 分成 8 个质子和 8 个中
4 子，然后再将 8 个质子和 8 个中子结合成 4 个2 He，需提供的能
高二物理人教版选修3-5核力与结合能
核力与结合能重/难点重点：结合能的概念、质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
难点：爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
重/难点分析重点分析：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。
难点分析：2:E mc，质量不是能量、能量也不是质量，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。
突破策略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。
电磁力大约要比万有引力强3610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15 1.510m -⨯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—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1810-m ，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，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。
人教版高中物理选修3-5课件第5节核力与结合能
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原子核
第5节 核力与结合能
核力和介子
原子核一般都很稳定，说明它们之间存在很强的引 力，但质子位于原子核外时，它们却互相排斥，没有任 何相互吸引的迹象．中子是不带电的，而质子都带有正 电荷，在小小的原子核内，这些都带正电荷的质子应该 相互排斥，这样原子核早就该分崩离析了．可实际上这 种情况并没有发生．那么，中子和质子之间究竟是依靠 什么强有力地结合在一起的呢？
答案：D
点评：本题是北京高考题，很多同学没看清题目“不正 确”，就下笔做题结果出错，要注意审题．还有很多同学对 质能方程E＝mc2不理解，错选D或A.要注意质能方程反映的 是能量与质量的对应关系，但不能理解为能量转化为质量， 也不能认为质量转化为能量．
变式迁移
2．一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀 核的质量为3.853 131×10－25kg，钍核的质量为3.786 567× 10－25kg，α粒子的质量为6.646 72×10－27kg，在这个衰变过 程中释放出的能量等于________J(保留两个有效数字)．
1．关于核力说法正确的是( ) A．核力与万有引力没有区别，都是物体间的作用 B．核力就是电磁力 C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内 D．核力与电荷有关 解析：核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下 降几乎消失，故C对．核力与万有引力、电磁力不同，故A、 B错误．核力与电荷无关，故D错误． 答案：C
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三、结合能
1、结合能 把原子核分解为独立的核子，需要克服强大的核力做功，因此需要吸收
能力；或核力把核子结合在一起放出的能量，称为原子核的结合能。
2、比结合能
结合能与核子数之比称为比结合能。比结合能越大，表示原子核中核子 结合的越牢固，原子核越稳定。
比结合能
B
4.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。
4.公式ΔE=Δm·c2 的单位问题
国际单位:m用“kg” ,C用“m/s”,ΔE用“J” 常用单位: m用“u(原子质量单位)”
1u=1.660566×10-27kg, ΔE用“uc2” 1uc2=931MeV
四、质量亏损
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。
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。
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。
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：
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。
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课时训练18核力与结合能
一、非标准
1.下面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,因此它的结合能也越大
C.重核与中等质量的原子核相比较,重核的结合能和比结合能都大
D.中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
答案:D
2.某核反应方程为He+X。
已知H的质量为2.0136uH的质量为
3.0180uHe的质量为
4.0026u,X的质量为1.0087u。
则下列说法中正确的是()
A.X是质子,该反应释放能量
B.X是中子,该反应释放能量
C.X是质子,该反应吸收能量
D.X是中子,该反应吸收能量
答案:B
解析:由题目所给核反应方程式,根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律,可得:
HeX,X是中子,在该反应发生前反应物的总质量m1=2.0136u+3.0180u=5.0316u,反应后产物总质量m2=4.0026u+1.0087u=5.0113u,总质量减少,出现了质量亏损,根据爱因斯坦的质能方程可知,该反应释放能量。
故B正确。
3.(多选)对于核力,以下说法正确的是()
A.核力是弱相互作用,作用力很小
B.核力是强相互作用的表现,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
答案:BC
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0.8×10-15 m时表现为吸引力,且随距离增大而减小;在距离小于0.8×10-15 m时,核力表现为斥力,因此核子不会融合在一起,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。
4.(多选)关于质能方程,下列说法中正确的是()
A.质量减少,能量就会增加,在一定条件下质量转化为能量
B.物体获得一定的能量,它的质量也相应地增加一定值
C.物体一定有质量,但不一定有能量,所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D.某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
答案:BD
解析:质能方程E=mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的,当物体获得一定的能量,即能量增加某一定值时,它的质量也相应增加一定值,并可根据ΔE=Δmc2进行计算,所以选项B、D正确。
5.(多选)关于核子结合成原子核,下列说法中正确的是()
A.原子核内的核子间均存在核力
B.原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C.当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时,其间“势能”一定减小
D.对质子数较多的原子核,其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用
答案:CD
解析:由于核力为短程力,只会发生在相邻核子之间,故A、B错误。
当n个核子靠近到核力作用范围内,而距离大于0.8×10-15m的核力表现为引力,在此过程核力必做正功,其间势能必定减小,形成原子核后距离一般不小于0.8×10-15m,故C正确。
对质子数较多的原子核,由于只有相邻的质子间才有核力,但各个质
子间均有很强的库仑斥力,随着质子数的增加,其库仑斥力增加,对于稳定的原子核,必须存在较多的中子才能维系二者的平衡,故D正确。
6.Co发生一次β衰变后变为Ni,其衰变方程为;在该衰变过程中还发出频率为ν1、ν2的两个光子,其总能量为。
答案CoNie h(ν1+ν2)
解析:发生一次β衰变,原子核质量数不变,电荷数增加1,产生一个电子,衰变方程为CoNie;每个光子的能量为hν,总能量为h(ν1+ν2)。
7.已知质子的质量是1.008 665 u、中子的质量也是1.008 665 u,氢原子的质量是1.007 825 u,碳原子的原子量是12.000 000 u,12个核子结合成碳原子核时,质量亏损是,碳原子核的比结合能是。
答案:0.098940u7.68MeV
解析:碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成,
质量亏损:
Δm=6×1.007 825 u+6×1.008 665 u-12.000 000 u
=0.098940u
比结合能为:
=≈7.68 MeV。
8.铍核在俘获一个α粒子后放出一个中子并生成一个新核,已知铍核Be质量为9.012 190 u,α粒子质量为4.002 600 u,中子质量为1.008 665 u。
(1)写出核反应方程;
(2)算出释放的能量。
答案:(1BeHen(2)5.71MeV
解析:(1)核反应方程式BeHen。
(2)由题意得质量亏损
Δm=(9.012190u+4.002 600 u)-(12.000 00 u+1.008 665 u)=0.006 125 u
由ΔE=Δm×931.5MeV得
释放的能量:ΔE=0.006125×931.5MeV=5.71MeV。
9.质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3,质子和中子结合成氘核时,发出γ射线,已知普朗克常量为h,真空中光速为c,则γ射线的频率ν是多少?
答案:
解析:核反应中释放的能量ΔE=Δmc2以释放光子的形式释放出来,由于光子的能量为hν,依能量守恒定律可知hν=Δmc2,据此便可求出光子的频率。
质子和中子结合成氘核H+γ,这个核反应的质量亏损
Δm=m1+m2-m3。
根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,此核反应放出的能量ΔE=(m1+m2-m3)c2,以γ射线形式放出,由E=hν得ν=。