3.

核力與結(jié)合能人教版（2019）物理（選擇性必修第三冊(cè)）第五章

原子核目錄素養(yǎng)目標(biāo)01課程導(dǎo)入02新課講解03總結(jié)歸納04課堂練習(xí)05正確教育素養(yǎng)目標(biāo)1.知道四種基本相互作用，知道核力的性質(zhì)

2.認(rèn)識(shí)原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能的概念3.能用質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程計(jì)算核能相關(guān)的問(wèn)題

原子核是由中子和質(zhì)子構(gòu)成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質(zhì)子緊緊地束縛在一起而不飛散開(kāi)呢？正確教育核力與四種基本相互作用核力③核力具有飽和性。核子只對(duì)相鄰的少數(shù)核子產(chǎn)生較強(qiáng)的引力，而不是與核內(nèi)所有核子發(fā)生作用。④核力具有電荷無(wú)關(guān)性。對(duì)給定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，核力與核子電荷無(wú)關(guān)。②核力是短程力。約在10-15m量級(jí)時(shí)起作用，距離大于0.8×10-15m時(shí)為引力，距離為10×10-15m時(shí)核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時(shí)為斥力。①核力是四種相互作用中的強(qiáng)相互作用（強(qiáng)力）的一種表現(xiàn)。能夠把核中的各種核子聯(lián)系在一起的強(qiáng)大的力叫做核力。四種基本相互作用引力相互作用電磁相互作用強(qiáng)相互作用弱相互作用引力相互作用引力是自然界的一種基本相互作用，地面物體所受的重力只是引力在地球表面附近的一種表現(xiàn)。電磁相互作用電荷間與磁體間的相互作用宏觀物體之間的壓力、拉力、彈力、支持力等等，都起源于這些電荷之間的電磁相互作用。彈力弱相互作用在某些放射現(xiàn)象中起作用的另一種基本相互作用弱相互作用是引起原子核β衰變的原因，即引起中子---質(zhì)子轉(zhuǎn)變的原因。短程力（弱相互作用）：約在10-18m量級(jí)時(shí)起作用四種基本相互作用按強(qiáng)度來(lái)排列，順序是：強(qiáng)相互作用、電磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用盡管四種相互作用存在巨大的差別，物理學(xué)家們?cè)谂で罅Φ慕y(tǒng)一。近年來(lái)，在弱作用和電磁作用的統(tǒng)一方面，已經(jīng)取得成功。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明：正如電和磁是電磁作用的兩種不同表現(xiàn)一樣，弱作用和電磁作用也只不過(guò)是統(tǒng)一的弱電相互作用的兩種不同表現(xiàn)而已。弱電統(tǒng)一的成就促進(jìn)了強(qiáng)、電、弱三種作用統(tǒng)一起來(lái)的大統(tǒng)一的研究。四種基本相互作用的比較1.(多選)對(duì)于核力，以下哪些說(shuō)法是正確的(

)A．核力是弱相互作用，作用力很小B．核力是強(qiáng)相互作用，是強(qiáng)力C．核子之間的距離小于0.8×10－15m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起D．人們對(duì)核力的了解很清楚，特別是在小于0.8×10－15m時(shí)，核力的變化規(guī)律更清楚經(jīng)典例題BC答案：BC解析：核力是強(qiáng)相互作用的一種表現(xiàn)，它的作用范圍在1.5×10－15m之內(nèi)，選項(xiàng)B正確，A錯(cuò)誤；核力在大于0.8×10－15m時(shí)，表現(xiàn)為吸引力，且隨距離增大而減小，在距離小于0.8×10－15m時(shí)，核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會(huì)融合在一起，選項(xiàng)C正確；人們對(duì)核力的了解還不是很清楚，這是科學(xué)家們奮斗攻克的堡壘，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．正確教育核能

思考討論：如圖氦原子核是由兩個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子憑借核力結(jié)合在一起的，要把它們分開(kāi)，需要吸收能量。反過(guò)來(lái)，4個(gè)核子結(jié)合成氦原子核要放出能量。

那么，把核子分開(kāi)需要的能量與核子結(jié)合放出的能量有什么關(guān)系?由于核子間存在著強(qiáng)大的核力，所以核子結(jié)合成原子核或原子核分解為核子時(shí)，都伴隨著巨大的能量變化結(jié)合能原子核分解成核子時(shí)所吸收的能量。吸收

27.386

MeV

吸收

2.2

MeV

注意：結(jié)合能并不是由于核子結(jié)合成原子核而具有的能量，而是為把核子分開(kāi)而需要的能量思考：如果結(jié)合能越大，就說(shuō)明把原子核分開(kāi)，所需要的能量越大，是不是就意味著原子核越穩(wěn)定嗎？原子核越大→核子個(gè)數(shù)越多平均到每一個(gè)核子的結(jié)合能大小來(lái)反應(yīng)原子核的穩(wěn)定性?！Y(jié)合能越大結(jié)合能核子數(shù)比結(jié)合能=比結(jié)合能原子核的結(jié)合能與其核子數(shù)之比，稱為比結(jié)合能.也叫平均結(jié)合能。由圖可知，中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能大，原子核比較穩(wěn)定，輕核和重核的比結(jié)合能都比中等質(zhì)量的原子核小。比結(jié)合能越大，原子核越穩(wěn)定比結(jié)合能與原子核穩(wěn)定的關(guān)系①比結(jié)合能的大小能夠反映原子核的穩(wěn)定程度，比結(jié)合能越大，原子核就越難拆開(kāi)，表示該原子核就越穩(wěn)定。②核子數(shù)較小的輕核與核子數(shù)較大的重核，比結(jié)合能都比較小，表示原子核不太穩(wěn)定；中等核子數(shù)的原子核,比結(jié)合能較大，表示原子核較穩(wěn)定。③當(dāng)比結(jié)合能較小的原子核轉(zhuǎn)化成比結(jié)合能較大的原子核時(shí)，就可能釋放核能。例如，一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能。2.下列關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說(shuō)法中，正確的有(

)A．核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能B．比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大C．重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D．中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大經(jīng)典例題D答案：D解析：核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A選項(xiàng)錯(cuò)誤；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，B、C選項(xiàng)錯(cuò)誤；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項(xiàng)正確．正確教育質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫作質(zhì)量虧損。質(zhì)量虧損表明，的確存在著原子核的結(jié)合能。原子核能量質(zhì)量虧損光中子質(zhì)子原子核的結(jié)合能很難直接測(cè)量。幸好，愛(ài)因斯坦已經(jīng)給我們指出了物體的能量與它的質(zhì)量的關(guān)系，即E=mc2質(zhì)子：mp=1.6726×10-27kg中子：mn=1.6749×10-27kg結(jié)合時(shí)的質(zhì)量差→結(jié)合能質(zhì)量變化時(shí)，表達(dá)式為：△E=△mc2氘核：mD=3.343×10-27kg試著計(jì)算一下氘核的結(jié)合能愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程用質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算質(zhì)量虧損對(duì)應(yīng)的能量．①若Δm

的單位是千克，則需要將c＝3×108m/s代入，計(jì)算得到的ΔE

的單位為焦耳．②若Δm

的單位是原子質(zhì)量單位u，則可用ΔE＝Δm×931.5MeV計(jì)算，即用質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5MeV.

(1u=931.5MeV/C2)例已知中子的質(zhì)量mn為1.6749x10-27kg,質(zhì)子的質(zhì)量mp為1.6726x10-27kg，氘核的質(zhì)量mD為3.3436x10-27kg，求氘核的比結(jié)合能。解：一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核單個(gè)質(zhì)子和單個(gè)中子的質(zhì)量和為mp+mn=（1.6726+1.6749）×10-27kg=3.3475×10-27kg這個(gè)數(shù)值與氘核質(zhì)量之差（mp+mn）-mD=（3.3475-3.3436）×10-27kg=0.0039×10-27kg與這個(gè)質(zhì)量差相對(duì)應(yīng)的能量為ΔE=Δmc2=0.0039×10-27×(3.00×108)2J=3.51×10-13J氘核的比結(jié)合能為核物理中，能量單位常使用電子伏特：1eV=1.60×10-19J，所以結(jié)合能是第一、核反應(yīng)過(guò)程中，核子結(jié)合成原子核時(shí)，新核質(zhì)量小于核子的質(zhì)量(質(zhì)量虧損)，同時(shí)以光子形式釋放核能；原子核分解為核子時(shí)，需要吸收一定能量，核子的總質(zhì)量大于原原子核的質(zhì)量。第二、核反應(yīng)過(guò)程中，質(zhì)量虧損時(shí)，核子個(gè)數(shù)不虧損(即質(zhì)量數(shù)守恒)，可理解為組成原子核后，核內(nèi)每個(gè)核子仿佛“瘦了”一些。第三、質(zhì)量虧損并非質(zhì)量消失，而是減少的質(zhì)量m以能量形式輻射(動(dòng)質(zhì)量，因此質(zhì)量守恒定律不被破壞。有關(guān)問(wèn)題的理解和注意事項(xiàng)

一個(gè)核子數(shù)較大的重核分裂成兩個(gè)核子數(shù)小一些的核，或者兩個(gè)核子數(shù)很小的輕核結(jié)合成一個(gè)核子數(shù)大一些的核，都能釋放出巨大的核能．3.質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，當(dāng)一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放的能量是(c表示真空中的光速)(

)A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m22－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2經(jīng)典例題C答案：C解析：根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2知，核反應(yīng)過(guò)程中釋放的能量等于質(zhì)量的減少量與光速c的二次方的乘積，故選項(xiàng)C正確．核力與結(jié)合能核力與四種基本相互作用核力的定義、特點(diǎn)四種基本相互作用結(jié)合能質(zhì)量虧損：質(zhì)能方程E=mc2比結(jié)合能核能的計(jì)算方法下列說(shuō)法中正確的是(

)A．原子核內(nèi)的所有質(zhì)子間都存在核力和庫(kù)侖力B．對(duì)質(zhì)子數(shù)較多的原子核，其中的中子起到維系原子核穩(wěn)定的作用C．重核比中等質(zhì)量的核更穩(wěn)定D．兩個(gè)質(zhì)子之間不管距離如何，核力總大于庫(kù)侖力B答案：B解析：只有相鄰質(zhì)子間才存在核力，A、D錯(cuò)誤；中子與其他核子間沒(méi)有庫(kù)侖斥力，但有相互吸引的核力，起到維系原子核穩(wěn)定的作用，B正確；中等質(zhì)量大小的核最穩(wěn)定，C錯(cuò)誤．如圖，原子核的平均核子質(zhì)量A與原子序數(shù)Z的關(guān)系圖像，下列說(shuō)法正確的是(

)A．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程一定會(huì)釋放能量B．若D、E能結(jié)合成F，結(jié)合過(guò)程一定會(huì)吸收能量C．若C、B能結(jié)合成G，結(jié)合過(guò)程一定會(huì)釋放能量D．若F、C能結(jié)合成B，結(jié)合過(guò)程一定會(huì)釋放能量A答案：A解析：由ΔE＝Δmc2可知，釋放能量時(shí)生成物比反應(yīng)物質(zhì)量小，反之則大．根據(jù)題圖可知，D、E結(jié)合成F，核子數(shù)不變，質(zhì)量減少，釋放能量，A選項(xiàng)正確．(多選)中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，質(zhì)量虧損為Δm，相應(yīng)的能量ΔE＝Δmc2＝2.2MeV是氘核的結(jié)合能．下列說(shuō)法正確的是(

)A．用能量小于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核不能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子B．用能量等于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零C．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和為零D．用能量大于2.2MeV的光子照射靜止氘核時(shí)，氘核可能分解為一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子，它們的動(dòng)能之和不為零AD答案：AD解析：中子和質(zhì)子結(jié)合時(shí)放出的能量為2.2MeV，所以要使氘核分解為中子和質(zhì)子至少也需要2.2MeV的能量，所以A正確；因?yàn)閯?dòng)能為標(biāo)量，氘核分解為中子和質(zhì)子時(shí)，二者不可能都是靜止的，所以動(dòng)能之和不為零，這一部分動(dòng)能來(lái)自于光子的能量，所以B、C錯(cuò)誤，D正確．太陽(yáng)因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽(yáng)每秒鐘輻射出的能量約為4