25-26学年物理(人教版)选择性必修第三册课件：5.3 核力与结合能

第3节核力与结合能第五章原子核1.知道四种基本相互作用,知道核力的性质。

2.认识原子核的结合能和比结合能的概念。

3.能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。学习目标目

录CONTENTS知识点01随堂对点自测02课后巩固训练03知识点1知识点二结合能知识点一核力与四种基本相互作用知识点三质量亏损知识点一核力与四种基本相互作用

原子核是由中子和质子构成的(如图)。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?提示

质子之间还存在着核力作用。1.核力:原子核中的______之间存在一种很强的相互作用,即存在一种______。核力具有饱和性,每个核子只跟相邻核子发生核力作用,而不是与核内所有核子发生相互作用。2.强相互作用的特点(1)强相互作用是______力,作用范围只有约______m。(2)距离增大时,强相互作用急剧______。超过10-15m,强相互作用不存在。核子核力短程10-15减小3.弱相互作用 (1)弱相互作用是引起原子核____衰变的原因,即引起中子—质子转变的原因。 (2)弱相互作用是______力,其力程只有______m。4.四种基本相互作用短程10-18更短电磁力万有引力β【思考】为什么质量数较大的稳定原子核中的中子数多于质子数?提示

质子之间除了核力外,还有正电荷之间的库仑斥力,而中子和质子之间只有核力,没有库仑斥力。质量数较大的原子核中,中子数较多,可以缓解质子之间的库仑斥力的影响,因此质量数较大、质子数相对较多的原子核中,就需要更多的中子来维持核的稳定,所以在质量数较大的稳定原子核中,中子数多于质子数。ABC例1

(多选)下列说法正确的是(

) A.核力是短程力,作用范围很小,只在相邻核子间发生 B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内,形成稳定的原子核,但又不会融合在一起 C.质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力 D.核力是一种弱相互作用力,在其作用范围内,核力比库仑力大得多

解析

核力作用的范围在10-15

m区域内,只在相邻核子间发生,是短程力,A正确;核力可能表现为引力,也可能表现为斥力,B正确;核力是核子之间的强相互作用力,C正确,D错误。训练1

(多选)关于原子内的相互作用力,下列说法正确的是(

) 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2.0×10-15m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

解析

原子核与电子之间的作用力主要是电磁力,A正确;中子和质子间的作用力主要是核力,B正确;核力与万有引力、电磁力的性质不同,核力是短程力,作用范围在1.5×10-15

m之内,C错误;原子核与电子之间的万有引力小于它们之间的电磁力,D错误。AB知识点二结合能1.结合能

原子核是______凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开,也需要______,这就是原子核的结合能。2.比结合能

原子核的结合能与________之比,叫作比结合能,也叫作______结合能。比结合能越大,原子核中核子结合得越______,原子核越______。__________的核的比结合能最大,最稳定。核子能量核子数平均牢固稳定中等大小【思考】如图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?(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是释放能量?提示

(1)由曲线可以看出轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核比结合能要小。(2)释放能量。例2原子核的比结合能如图所示,下列说法正确的是(

)

C

AD

知识点三质量亏损1.质能方程 (1)物体的能量与它的质量的关系:E=________。 (2)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。具体地说,一定质量的物体所具有的总能量是一定的,E=mc2,不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量,而是物体所具有的各种能量的总和。

②根据质能方程,物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加,则总能量随之增加;物体质量减少,总能量也随之减少,故质能方程也可写成ΔE=Δmc2。mc22.质量亏损 (1)定义:原子核的质量______组成它的核子的质量之和的现象。 (2)质量亏损的理解:所谓质量亏损,并不是质量消失,而是减少的质量在核子结合成原子核的过程中以能量的形式辐射出去了。反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加,总能量也要增加,增加的能量要由外部提供。小于

B角度1

质能方程的理解例3下列有关质能方程的说法正确的是(

) A.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 C.核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量 D.因为在核反应中产生能量,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=mc2说明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,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A错误,B正确;核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失,也不是质量转变成能量,故C错误;在核反应中,质量数守恒,能量也守恒,只是在核反应前后能量的存在方式不同,但总能量不变,故D错误。

(2)求该反应中的质量亏损;(3)求该反应释放的核能。解析

(2)质量亏损为Δm=mU-mTh-mα=(232.037

2-228.028

7-4.002

6)u=0.005

9

u。(3)由质能方程可知释放的核能为ΔE=Δmc2=0.005

9×931.5

MeV=5.5

MeV。答案

(2)0.0059u

(3)5.5MeV核能的计算方法1.根据质量亏损计算 (1)根据核反应过程,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ΔE=Δmc2计算核能。

①若Δm的单位是千克,则需要将c=3×108

m/s代入计算,得到的ΔE的单位为焦耳。

②若Δm的单位是原子质量单位u,则可用ΔE=Δm×931.5

MeV计算,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)。2.利用比结合能来计算核能

原子核的结合能=原子核的比结合能×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。C训练3

(2023·全国乙卷,16)2022年10月,全球众多天文设施观测到迄今最亮伽马射线暴,其中我国的“慧眼”卫星、“极目”空间望远镜等装置在该事件观测中作出重要贡献。由观测结果推断,该伽马射线暴在1分钟内释放的能量量级为1048J。假设释放的能量来自于物质质量的减少,则每秒钟平均减少的质量量级为(光速为3×108m/s)(

) A.1019kg B.1024kg C.1029kg D.1034kg

随堂对点自测2CD1.(核力与四种基本相互作用)(多选)关于核力,下列说法正确的是(

) A.核力是一种特殊的万有引力 B.原子核内只有质子和质子间有核力作用,而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用 C.核力是原子核稳定存在的原因 D.核力是一种短程力

解析

核力与万有引力、库仑力的性质不同,核力是短程力,作用范围在1.5×10-15

m之内,原子核半径的数量级为10-15

m,所以核力只存在于相邻的核子之间,质子间、中子间、质子和中子间都可以有核力作用,核力是原子核能稳定存在的原因,故C、D正确。C2.(结合能与比结合能)下列关于结合能和比结合能的说法中正确的是(

) A.原子核的核子数越多,其比结合能就越大 B.比结合能越大的原子核,其核子的平均质量越大 C.核反应中释放核能时,核子的比结合能增大 D.结合能越大的原子核,原子核中核子结合得越牢固

解析

根据实际测量结果可知,中等质量的原子核的比结合能最大,A错误;原子核的比结合能越大,核子结合成原子核时,平均一个核子放出的能量越多,则损失的质量越多,结合成的原子核中平均每个核子剩余质量越少,即核子平均质量越小,B错误;核反应中释放能量核能时,反应后的比结合能大,C正确;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,D错误。C3.(质量亏损和核能)原子质量单位为u,1u相当于931.5MeV的能量,真空中光速为c,当质量分别为m1kg和m2kg的原子核结合为质量为Mkg的原子核时释放出的能量是(

) A.(M-m1-m2)uc2 B.(m1+m2-M)u×931.5J C.(m1+m2-M)c2J D.(m1+m2-M)×931.5MeV

解析

核反应过程中,反应前后原子核的质量亏损为 Δm=(m1+m2-M)

kg,则释放的能量为ΔE=Δmc2=(m1+m2-M)c2

J,故C正确。课后巩固训练3BC对点题组练题组一

核力和四种基本相互作用1.(多选)对于核力,以下说法正确的是(

) A.核力是弱相互作用力,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.核力的作用范围很大,是长程力解析

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,故选项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,故选项C正确;核力是短程力,故选项D错误。A题组二

结合能2.下列有关原子核的说法正确的是(

)A.结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量B.结合能越大,原子核越稳定C.质量亏损是指原子核的质量大于组成它的核子的质量之和D.因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量数不守恒解析

结合能是指将原子核中的核子分开而需要的能量,或者核子结合成原子核释放的能量,故A正确;比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定,故B错误;质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子的质量之和,故C错误;因为存在质量亏损,所以在原子核发生衰变时,质量不守恒,但质量数守恒,故D错误。A3.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(

)

AD题组三

质量亏损4.(多选)关于质能方程,下列