发布时间 : 星期一 文章高中物理第四章原子核第四节核力与结合能教学案粤教版选修3更新完毕开始阅读38b3728e68eae009581b6bd97f1922791788bed8
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第四节 核力与结合能
对应学生用书页码P54
1．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．核力是一种短程力。在约0.5×10小于0.5×10
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m～2×10
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m的距离内主要表现为引力；在
m的距离内，核力又转变为强大的斥力。
3．原子核中的质子数又称为原子序数，排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核，排在周期表比较靠前的元素对应的原子核叫轻核。
4．一般排在周期表最前面的轻核的质子和中子数相等，大多数重核是中子多于质子。 5．要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，需要提供一定的能量。反之，核子结合成原子核时会放出一定的能量，这个能量叫做原子核的结合能。
6．原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能，它反映了原子核结合的紧密程度，平均结合能越大，核越稳定。
对应学生用书页码P54 核力及其性质 1.核力的定义
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．核力的性质
(1)核力是一种很强的力，是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多
(2)核力是一种短程力，在距离较大时核力远小于库仑力，在距离较小时核力远大于库仑力。在距离小于0.5×10
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m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
(3)核力与核子是否带电无关，在原子核中，质子与质子，中子与中子，中子与质子间的核力大致相等。
(4)核力是一种具有饱和性质的交换力，即一个核子只与邻近的几个核子作用，而不是和原子核内所有核子作用。这种性质称为核力的饱和性。
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(1)自然界中最基本的四种相互作用是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。其中，引力相互作用和电磁相互作用是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力。
(2)弱相互作用，作用范围在10
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m以内，作用强度比电磁力小，是引起原子核β衰
变的原因，即引起中子—质子转变的原因。
1．关于核力的说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，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2×10D．核力与电荷有关
解析：核力是短程力，超过2×10
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m之内
m，核力急剧下降几乎消失，故C项对。核力与万
有引力、电磁力不同，故A、B两项不对。核力与电荷无关，故D项错。
答案：C
重核与轻核、质量亏损 1.重核与轻核 (1)重核：排在周期表比较靠后的元素对应的原子核叫重核。 (2)轻核：排在周期表比较靠前的元素对应的原子核叫轻核。
(3)排在83号元素铋之后的原子核都不稳定，它们自动分解或衰变成更轻的原子核，排在第92号元素铀之后的原子核十分不稳定，无法在自然状态下存在。
2．质量亏损
(1)定义：原子核的质量小于组成原子核的核子质量之和的现象称为质量亏损。 (2)理解：所谓质量亏损并不是部分质量消失，或质量转变为能量，而是指静止质量发生了变化。物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损时，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。
3．质能方程
(1)公式：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
E＝mc2(或者ΔE＝Δmc2)
这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程。 (2)进一步理解：
①质能方程揭示了质量和能量不可分割，一定质量的物体所具有的能量是确定的，等于光速的平方与其质量的乘积。
②质量和能量是物质的属性之一，质量和能量在数值上的联系绝不等于这两个量，可相
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互转化，质量不能转化为能量，能量也不会转化为质量。
(1)核反应中遵循质量守恒和能量守恒，质量亏损并不违反质量守恒。 (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。
2．下列说法中，正确的是( )
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＝mc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
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变成为能量
D．因在核反应中能产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒
解析：E＝mc说明能量与质量之间存在着正比关系，并不能说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A错B对。质量亏损是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转化成能量，故C错。核反应中质量守恒，能量也守恒，故D错。
答案：B
结 合 能 1.结合能
(1)概念：由于核子间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，也就是说需要提供一定的能量。反之，根据能量守恒，核子结合成原子核时也会放出一定的能量。我们把这个能量叫做原子核的结合能。
(2)理解：一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于2.2 MeV，可用γ光子照射获得。核反应方程为γ＋1H―→1H＋0n。
相反的过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出2.2 MeV的能量。这个能量以γ光子的形式辐射出去。核反应方程为1H＋0n―→1H＋γ。
2．平均结合能
(1)概念：原子核的结合能与核子数之比称为该原子核的平均结合能。
(2)意义：平均结合能的大小能够反映核的紧密程度。平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核越稳定。
(3)规律：核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小；中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示这些原子核较稳定。
3．结合能的计算 (1)根据国际单位制计算
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。
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②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc计算核能。其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
(2)根据实用单位计算
①明确原子单位u和电子伏特间的关系 1 u＝1.6606×10由E＝mc得
1.6606×10×2.998×10ΔE＝－19
1.602178×10＝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
其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。 (3)根据能量守恒和动量守恒来计算核能
参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。
(1)注意区别结合能与电离能
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、赋予光子等途径让它得到13.6 eV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。
(2)单个核子无结合能，如0n。
3．(双选)对结合能、平均结合能的认识，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．平均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需要赋予它相应的能量，该能量即为结合能，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子的稳定性。故B、C错，A、D正确。
答案：AD
1
－27
8
2
2
－27
2
kg,1eV＝1.602178×10
－19
J
eV
对应学生用书页码P56
对原子核结合能和平均结合能的理解 鼎尚出品