2027高考物理复习选择性必修三第3节　核力与结合能

第3节核力与结合能学习目标1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。2．知道原子核的结合能和比结合能的概念。3．知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算。课前知识梳理PART01第一部分一、核力与四种基本相互作用1．万有引力：引力是自然界的一种基本相互作用，地面物体所受的重力只是____在地球表面附近的一种表现。2．电磁相互作用：____间的相互作用、____间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为____________或电磁力。它也是自然界的一种基本相互作用。宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等等，都起源于这些电荷之间的____________。引力电荷磁体电磁相互作用电磁相互作用3．强相互作用：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，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的______，这种作用称为强相互作用。它的作用范围只有约________m，超出这个界限，该力实际上已经不存在了，它是短程力。4．弱相互作用：在某些____现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用。弱相互作用是引起原子核______的原因，即引起__________转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有_______m。核子原子核10-15放射β衰变中子—质子10-18

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，表示原子核中核子结合得越____，原子核越____。核子能量核子数平均牢固稳定三、质量亏损1．质能方程物体的能量与它的质量的关系：E＝____。2．质量亏损原子核的质量____组成它的核子的质量之和的现象。mc2小于判断下列说法是否正确。(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)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量。(

)(5)比结合能越大，原子核越稳定。(

)(6)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。(

)√×

×

×

√√课堂深度探究PART02第二部分知识点一对核力的理解1．核力的性质(1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。(2)核力是短程力。约在10-15m数量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时表现为引力，距离小于0.8×10-15m时表现为斥力，距离超过1.5×10-15m时核力几乎消失。(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。(4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。2．原子核中质子与中子比例关系(1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。(2)形成原因①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的原子核中子数要比质子数多。③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，

一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。(多选)对于核力与四种基本相互作用，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．核力使核子紧密结合为稳定的原子核D．核力是万有引力在短距离内的表现[解析]

核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围约10-15m，B正确，A、D错误；核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核，C正确。√√1．结合能就是原子核具有的能量吗？[提示]

不是。结合能是要把原子核分开成核子时吸收的能量，并不是原子核具有的能量，因为拆分后的核子仍然具有能量。2．原子核的结合能越大，其比结合能也越大吗？[提示]

不一定。结合能是核子结合成原子核放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量，而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量，结合能大的原子核，比结合能不一定大；结合能小的原子核，比结合能不一定小。知识点二结合能和比结合能1．对结合能的理解(1)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。(2)由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量。2．比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化的图线如图所示。

从图中可看出，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的要小。3．比结合能与原子核稳定的关系(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定。(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。角度1原子核的结合能下列关于结合能和比结合能的说法正确的是(

)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，因此它的结合能也一定越大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√[解析]

核子结合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，将原子核拆解成核子所吸收的能量或核子结合成原子核所放出的能量叫结合能，故A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，中等质量的原子核的比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，故B错误；重核与中等质量的原子核相比较，重核的结合能大，而比结合能比较小，故C错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的核子数又比轻核的多，所以结合能也比轻核的大，故D正确。√角度2比结合能图像的理解恒星之所以长期发光是因为在恒星内部会发生一系列的核反应生成：氦(He)、碳(C)、氧(O)、氖(Ne)、镁(Mg)、硅(Si)、硫(S)、钙(Ca)、铁(Fe)等。结合图像，判断下列说法正确的是(

)A．比结合能越大，原子核越不稳定B．碳核的比结合能比氧核的比结合能大C．3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小D．氦核的结合能比碳核的结合能大√[解析]原子核的比结合能越大，核子的平均质量越小，原子核越稳定，由题图可知，3He核子的平均质量比2H核子的平均质量小，故A错误，C正确；由题图可知，碳核的比结合能比氧核的比结合能小，故B错误；比结合能是原子核的总结合能与核子数的比值，碳核的比结合能比氦核大，核子数比氦核大，故碳核的结合能比氦核大，故D错误。1．质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢？[提示]

不是。物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，并不是这部分质量消失了或转变为能量。2．爱因斯坦质能方程是说明质量和能量可以相互转化吗？[提示]

不是。爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系，说明有质量就有能量，并不是说质量转化为能量。知识点三质能方程和核能的计算1．质量亏损所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量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。2．质能方程E＝mc2(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系。(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；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。3．核能的计算(1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm。②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1u相当于931.5MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV，即ΔE＝Δm×931.5MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。(多选)1905年，爱因斯坦发表狭义相对论时提出了质能方程E＝mc2，质能方程的正确性已被大量的实验所证实，并为现代核能的研究和应用提供理论指导，具有深刻意义并发挥出巨大的作用。下列关于质能方程的说法正确的是(

)A．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量B．根据质能方程可知，在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律C．E＝mc2中的E是核反应中释放的核能D．E＝mc2中的E为质量为m的物体所对应的能量√√√[解析]

根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的能量，故A正确；在核反应中仍然遵守质量守恒定律和能量守恒定律，故B正确；质能方程E＝mc2中的E表示质量为m的物体所对应的能量，故C错误，D正确。√根据质量数和核电荷数守恒，可知X为正电子，是电子的反粒子，B错误；核反应中释放的能量ΔE＝26(E2－E1)，故C正确；根据半衰期的定义可知，半衰期规律仅针对大量原子核，对于少量不适用，D错误。(1)写出这一过程的核反应方程，计算过程中的质量亏损。(2)计算这一过程中所释放的核能。[解析]

释放核能ΔE＝Δmc2＝3.09×10-29×(3×108)2J＝2.781×10-12J。[答案]

2.781×10-12J(2)若该原子核发生衰变后的新核质量为M，求衰变后新核的速度大小。(3)设该衰变过程释放的核能全部转化为α粒子和新核的动能，求衰变过程的质量亏损Δm。随堂巩固落实PART03第三部分√1．(对核力的理解)(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(

)A．任何核子之间均存在核力B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用C．核力只存在于质子之间D．核力只发生在相距1.5×10-15