5.3 核力与结合能 课件高二下学期物理人教版选择性必修第三册

第五章原子核3核力与结合能Highschoolphysics理解结合能和比结合能的概念。知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。知道原子核的质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。030201重点重难点

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?

相互排斥中子

质子

原子核的组成：质子和中子

相互吸引难道是万有引力？中子

质子

原子核的组成：质子和中子中子

质子

F库质子间距r—数量级为10-15m；质子质量m—数量级为10-27kg，质子电量e—数量级为10-19C；G—数量级为10-11，k—数量级为109。估算库仑力与万有引力之比？猜想：存在第三种力——核力。

验证：结论：核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力核力与四种基本相互作用1.定义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pnnppn3H3He质子——中子中子——中子质子——质子(2)短程力(1)强相互作用（强力）：在原子核尺度内，核力>>库仑力。(3)饱和性：每个核子只与相邻核子发生核力作用。(4)与电荷无关：对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。2.特点约在10-15m数量级时起作用，距离小于0.8×10-15m时为斥力，距离大于0.8×10-15m时为引力，距离为1.5×10-15m时核力几乎消失，因此核子不会融合在一起。引力相互作用自然界的一种基本相互作用，主要在宏观和宇宙尺度上发挥作用。地面物体所受重力只是引力在地球表面附近的一种表现。四种基本相互作用电磁相互作用原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。宏观物体间的压力、拉力、弹力、支持力等，都起源于电荷间的电磁相互作用。弱相互作用弱相互作用引起原子核β衰变，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用是短程力，力程比强力更短，约在10-18m时起作用。作用强度比电磁力小。强相互作用为什么质量数较大的稳定原子核中的中子数多于质子数？答案中子数较多，可以缓解质子之间的库仑斥力的影响，因此，在大而稳定的原子核中，中子数多于质子数。nnn除核力外，还有库仑斥力ppppnn核力核力核力核力核力核力(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。(

)(2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(

)(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。(

)(4)核力的作用范围只有约10-15m。(

)(5)中子和中子之间不会有核力作用。(

)√×√××结合能宏观模型：相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大两个物体为了结合而失去了一些能量，若要分开两个物体，还需重新赋予能量。引力势能动能内能损失机械能碰撞微观模型：损失能量补充能量把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系?核子分开，克服核力做功，吸收能量核子结合，核力做正功，放出能量原子核核子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。组成原子核的核子数越多，结合能越高。思考：如果结合能越大，就说明把原子核分开，所需要的能量越大，是不是就意味着原子核越稳定呢？结合能比结合能（平均结合能）比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。比结合能结合能核子数=Fe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？答案中等质量的原子核的比结合能较大，原子核最稳定，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的比结合能要小。中等质量的核轻核结合重核分裂(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？为什么？答案释放能量比结合能较小的原子核转为比结合能较大的原子核时，可以理解为比结合能较小的原子核中的核子先拆成单个核子，再重新结合成比结合能较大的原子核。拆开时吸收的能量少，结合时释放的能量多，所以要释放能量。1.(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是A.原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功B.原子核的结合能等于核子从原子核中分离时，外力克服核力做的功C.平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D.不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大√√√重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能也比中等质量核的平均结合能要小，但重核的平均结合能不一定比轻核的平均结合能大，故D错误。

√√

面包掰开会掉渣，原子核在拆开、组合的过程会掉“渣”吗?03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，叫作质量亏损。原子核质量亏损中子质子质量亏损亏损的质量去哪里了?(1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系：原子核能量质量亏损光中子质子ΔE

=Δmc2质能方程(2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E=mc2

。为核能的利用打开了大门！核反应中发生的“质量亏损”说明核反应中质量不守恒，所以核反应前后质量数不守恒，这种认识正确吗？为什么？答案不正确。核反应中“质量亏损”并不是质量消失，而是以能量的形式辐射出去。在核反应前后，质量数守恒，即反应中核子总数不变。对质能方程E=mc2的理解

(1)质能方程E=mc2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E=mc2，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；质量减少，总能量也随之减少。(3)根据质能方程ΔE=Δmc2，核反应过程中发生的质量亏损，并不是消失了，减少的质量Δm在核子结合成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供给。3.(来自教科教材)氘核是由1个中子和1个质子构成的，它们的静质量可分别取为：mp(质子质量)=1.6726×10-27kg，mn(中子质量)=1.6749×10-27kg，mH(氘核质量)=3.3436×10-27kg，真空中光速c=3.0×108m/s，1eV=1.6×10-19J。试计算中子和质子结合成氘核过程的质量亏损以及氘核的结合能。答案

3.9×10-30kg

2.2

MeV

在这一过程中的质量亏损为Δm=(mp+mn)-mH=1.6726×10-27kg+1.6749×10-27kg-3.3436×10-27kg=3.9×10-30kg根据质能方程可知ΔE=Δm·c2=3.9×10-30×(3.0×108)2

J=3.51×10-13J≈2.2MeV所以氘核的结合能约为2.2MeV。

√核反应过程质量数守恒，故A错误；将原子核全部分解为核子需吸收的能量等于其结合能，铀核结合能E=235×7.6MeV=1786MeV，故B错误；氙核结合能为139×8.4MeV=1167.6MeV，锶核结合能为95×8.7MeV=826.5MeV，铀核结合能最大；比结合能越大原子核结合越牢固，而铀核比结合能小于氙核和锶核，故C错误；核反应释放的能量等于反应后生成的所有新核的总结合能减去反应前总结合能。反应前结合能E前=1786MeV，反应后结合能E后=1167.6MeV+826.5MeV=1994.1MeV，释放能量ΔE=E后-E前=208.1MeV，因为1MeV=1.6×10-13J，所以ΔE=208.1×1.6×10-13J≈3.33×10-11J，故D正确。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=3×108m/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×931.5MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV。(1u相当于931.5MeV