3．核力与结合能
学习目标：1．[物理观念]知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。2．[科学思维]理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、解决问题的能力。3．[科学探究]通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。 4.[科学态度与责任]学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣和责任。
阅读本节教材，回答第115页“问题”并梳理必要的知识点。
教材P115“问题”提示：原子核内核子之间存在一种很强的相互作用，叫强相互作用，克服质子间的斥力，把质子紧紧地束缚在一起。
一、核力与四种基本相互作用
1．强相互作用
(1)定义：原子核中的核子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，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。
(2)特点：
①核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多。
②是短程力，作用范围只有约10－15 m。
2．弱相互作用
(1)定义：在某些放射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。
(2)也是短程力，作用范围只有10－18m。
3．四种基本相互作用
说明：强相互作用是短程力，每个核子只跟相邻的核子发生作用，也叫核力的饱和性。
二、结合能和质量亏损
1．结合能
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。
2．比结合能
原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结
合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。
3．质能方程
物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。
4．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。
注意：原子核的核子结合成原子核释放的能量与把它们分开需要的能量相等。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(×)
(2)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。(√)
(3)比结合能越大，原子核越稳定。(√)
(4)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。(√)
2．(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 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力
BD[由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m之内的核子之间存在核力，核力发生在核子之间，B、D正确。]
3．(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有()
A．核子结合成原子核时放出能量
B．原子核拆解成核子时要吸收能量
C．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
D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
AB[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，A、B正确；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，例如中等质量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，C、D错误。]
四种基本相互作用及
核力的性质
如图所示是稳定核的质子数与中子数的关系。
实线为中子数与质子数相等的情况，而实际上稳定的原子核质子数与中子数关系是另一条线。(其中Z表示质子数，N表示中子数)
稳定核的质子数与中子数的关系
试探究：(1)在原子核较轻时与较重时有什么区别？
(2)为什么会出现这种现象？
提示：(1)原子核较轻时中子数与质子数大致相等，而较重时中子数明显多于质子数。
(2)核力是短程力，且有饱和性，较重的原子核中子数比质子数多能，维持稳定。太大的原子核也不稳定，在宇宙演化过程中只有200多种稳定的原子核保留了下来。
(1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。
(2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。
(3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。
(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小。
2．核力的性质
(1)核力是四种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10－15 m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m 时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离为10×10－15 m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。
3．原子核中质子与中子的比例关系
(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，其中子数大于质子数，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，所以稳定的重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。
【例1】关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，不可能无节制地增大原子核而仍稳定存在
思路点拨：(1)核力是短程力且有饱和性。
(2)稳定的重原子核里中子数比质子数多。
D[由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知，质量越大的原子核内中子数比质子数多得越多，故A、B错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳定，故C错误，D正确。]
(1)核力是强相互作用力，只存在于相邻核子之间。
(2)核力的存在与核子是否带电及电性无关。
(3)原子核的稳定性与核力和库仑力的大小关系有关。
[跟进训练]
1．(多选)对原子核的组成，下列说法正确的是()
A．核力可使一些中子组成原子核
B．核力可使非常多的质子组成原子核
C．自然界中存在只有质子的原子核
D．质量较大的原子核内一定有中子
CD[由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A、B错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如11H，C正确；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，D正确。]
结合能与质量亏损
如图是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z 的关系曲线。
试探究：(1)由图可以看出哪一段的平均质量最小？这说明了什么？
(2)若A 、B 结合成C ，D 、E 结合成F 分别放出能量还是吸收能量？ 提示：(1)由图看出原子序数Z 较为中间的部分平均质量小。这说明原子序数Z 较为中间的部分平均结合能小。
(2)若A 、B 结合成C 则放出能量；D 、E 结合成F 也是放出能量。
(1)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要小。
(2)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。
2．质能方程与核能的计算
(1)对质能方程和质量亏损的理解
○1
质能方程
质能方程：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 ＝mc 2。
○2
质量亏损
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。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，这时质能方程也写为ΔE ＝Δmc 2。
(2)核能的计算方法
○1
根据质量亏损计算
a.根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm 。
b.根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2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 ≈931.5 MeV 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931.5 MeV ，即ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 。其中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV 。
【例2】 取质子的质量m p ＝1.672 6×10－27 kg ，中子的质量m n ＝1.674 9×10－27 kg ，α粒子的质量m α＝6.646 7×10－27 kg ，光速c ＝3.0×108 m/s 。请计算α粒子的结合能。(计算结果保留两位有效数字)
思路点拨：(1)根据质量关系求出，亏损的质量Δm 。
(2)据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2求得结合能。
[解析] 组成α粒子的核子与α粒子的质量差
Δm ＝(2m p ＋2m n )－m α
结合能ΔE ＝Δmc 2
代入数据得ΔE ＝4.3×10－12 J 。
[答案] 4.3×10－12 J
核能的两种单位
(1)若以kg 为质量亏损Δm 的单位，则计算时应用公式ΔE ＝Δmc 2。
(2)若以原子单位“u ”为质量亏损单位，则
ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 。
(3)两种方法计算的核能的单位分别为“J ”和“MeV ”，1 MeV ＝1×106×1.6×10－19 J ＝1.6×10－13 J 。
[跟进训练]
2．(多选)对公式ΔE ＝Δmc 2的理解正确的是( )
A ．如果物体的能量减少了ΔE ，它的质量也一定相应减少Δm
B ．如果物体的质量增加了Δm ，它的能量也一定相应增加Δmc 2
C ．Δm 是某原子核在衰变过程中增加的质量
D ．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是Δ
E ，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是Δm
ABD [一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE ，它的质量也一定相应减少Δm ，即发生质量亏损，故选项A 、D 正确；如果物体的质量增加了Δm ，它的能量也一定相应增加Δmc 2，故选项B 正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，故选项C 错误。]
3．关于原子核的结合能，下列说法正确的是()
A．原子核的比结合能等于将其完全分解成自由核子所需能量的最小值B．原子核衰变成α粒子和另一原子核，并释放出能量，衰变产物的结合能之和一定小于原来原子核的结合能
C．铯原子核(13 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
C[原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A 错误；原子核衰变成α粒子和另一原子核，要释放能量，衰变产物的结合能之和一定大于原来原子核的结合能，故B错误；铯原子核(13 55Cs)的比结合能与铅原子核(208 82Pb)的比结合能差不多，而铯原子核(13 55Cs)的核子数小于铅原子核(208 82Pb)的核子数，故铯原子核(13 55Cs) 的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能，故C正确；比结合能越大，原子核越稳定，故D错误。故选C。]
1．物理观念：四种基本相互作用、结合能、质量亏损、质能方程。
2．科学思维：对结合能与比结合能的理解，质量亏损和结合能的分析与计算。
3．科学方法：反证法、图像法、计算法。
1．在下列判断中，正确的是()
A．组成238 92U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用B．组成238 92U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用C．组成238 92U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用
D．组成238 92U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的核力作用C[核力属于短程力，由于组成238 92U核的核子较多，两核子之间的距离可能超过核力的作用范围，所以某些核子之间的作用力可能比较小，故选项A、B、D错误；但两质子之间都存在库仑斥力的作用，故选项C正确。]
2．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方
程是1
1H＋1
n→2
1
H＋γ，以下说法中正确的是()
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和
B．反应前后的质量数不变，因而质量不变
C．反应前后质量数不变，但会出现质量亏损
D．γ光子的能量为Δmc2，Δm为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度
ACD[核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，能量会以光子的形式向外释放，故A、C、D正确。]
3．中子n、质子p、氘核D的质量分别为m n、m p、m D。现用光子能量
为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应的方程为γ＋D→p＋n，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是()
A．[(m D－m p－m n)c2－E] B．[(m D＋m n＋m p)c2＋E]
C．[(m D－m p－m n)c2＋E] D．[(m D＋m n－m p)c2－E]
C[因质量亏损产生的能量为ΔE＝(m D－m p－m n)c2，设质子、中子的动能为E k，根据能量守恒有ΔE＋E＝2E k，联立解得E k＝，故A、B、D错误，C正确。]
4．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是()
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，中子数比质子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
B[原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原
子序数大的重原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和原子序数小的都没有中等质量的原子核稳定，故A、C错误，B正确；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m内，超过此范围，核力急剧减小，会小于库仑力，故D错误。]
5．(思维拓展)如图所示：图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系。
问题探究：(1)重的原子核，是不是比结合能就一定大？
(2)什么样的原子核更稳定。
提示：(1)不是，组成原子核的核子越多，它的比结合能并不是越高。
(2)比结合能越大的原子核，其核子结合得越牢固，也越稳定。
核力与结合能 三维教学目标 1、知识与技能 （1）知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用； （2）知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小； （3）理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损； （4）知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 2、过程与方法 （1）会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能； （2）培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 3、情感、态度与价值观 （1）使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力； （2）认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 教学重点：质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 教学难点：结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 教学过程： 第五节核力与结合能 （一）引入新课 提问1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?（两者相差1186倍） 提问2：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1186倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。 （二）进行新课 1、核力与四种基本相互作用 提示：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1186倍。 基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。 提问1：那么核力有怎样特点呢？ （1）核力特点： 第一、核力是强相互作用(强力)的一种表现。 第二、核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。 第三、核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。 （2）四种基本相互作用力：
《An Introduction to Modern Astrophysics》 (second edition)教材评价 暴鹏程(南开大学物理科学学院) 1、本书的出版情况和作者简介 《An Introduction to Modern Astrophysics（second edition）》（《现代天体物理概论》(第二版)）是美国麻省理工学院物理系课程编号为8.901的课程”Astrophysics I” (天体物理I)所选用的教材。本书于2006年由Addison-Wesley出版社出版，全书共1278页(含附录共1400页)，作者是韦伯州立大学的Bradley W.Carroll和Dale A.Ostlie. Bradley W.Carroll是美国韦伯州立大学的物理系教授，他从加州大学欧文分校取得数学学士学位，之后在博尔德科罗拉多大学取得物理学硕士学位和天体物理博士学位。 Bradley对天文学抱有终身的兴趣并且对头顶的星空怀有一种天真的好奇，这导致最终投身天文学领域。在Carl Hansen 和 John Cox的指导下，他的博士课题是脉冲星的自转效应。之后，他去罗切斯特大学和Hugh Van Horn一起进行博士后研究，主要是研究中子星及其堆积盘的振荡。在这两所大学的熏陶下，Brad 掌握了构造复杂天体物理系统的简化模型的精髓。四年后，结束博士后研究的Bradley幸运地得到韦伯斯特州立大学的教职，并且更幸运的是，在那里碰到了Dale Ostlie，两人在恒星脉冲领域都有专长并且见解相近。Bradley十分喜欢和学生共同探索物理世界，这给他写这本书时提供了很大的帮助。 Dale A.Ostlie是美国韦伯州立大学理学院的院长，他于1977年在圣奥拉夫学院取得物理和数学的学士学位，然后于1982年在爱荷华州立大学取得物理/天体物理的博士学位。之后先后在爱荷华州立大学物理系，约翰霍普金斯大学的空间望远科学技术研究所，贝茨学院物理系，洛斯阿拉莫斯国家图书馆理论物理组进行教学科研工作。从1984年起，在韦伯州立大学物理系进行教学科研工作至今。 在本书的另一个作者Bradley W.Carroll来到韦伯州立大学后，由于在许多领域尤其是恒星脉冲领域的共识和对教学的热爱，两人合著了本书。 2、本书的创作背景和主要内容 天体物理作为天文学的二级学科，也是天文学和物理学的交叉学科。天体物理是研究天体和其他宇宙物质的性质、结构和演化的天文学分支。天体物理学从研究方法来说，可分为实测天体物理学和理论天体物理学。前者研究天体物理学中基本观测技术、各种仪器设备的原理和结构，以及观测资料的分析处理，从而为理论研究提供资料或者检验理论模型。后者则是对观测资料进行理论分析，建立理论模型，以解释各种天象。同时，还可预言尚未观测到的天体和天象。用物理学的技术和方法分析来自天体的电磁辐射，可得到天体的各种物理参数。根据这些参数运用物理理论来阐明发生在天体上的物理过程，及其演变是实测天体物理学和理论天体物理学的任务。 本书是天体物理学的一本经典的教科书，两位作者都是多年从事教学和研究一线工作。本书深入浅出，条理清晰地介绍阐明天体物理的相关基础知识和应用情况，是一本不可多得的天体物理入门级教材。
普通高中课程标准实验教科书—物理（选修3－5）[人教版] 第十九章原子核 新课标要求 1．内容标准 （1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。 （2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。 例1 了解放射性在医学和农业中的应用。 例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。 （3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 （4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。 （5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。 （6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。 例3 思考核能开发带来的社会问题。 （7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。 例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。 2．活动建议： （1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。 （2）观看有关核能利用的录像片。 （3）举办有关核能利用的科普讲座。 新课程学习 19．5 核力与结合能 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用； 2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小； 3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；
4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 （二）过程与方法 1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能； 2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 （三）情感、态度与价值观 1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力； 2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 ★教学重点 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 ★教学难点 结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具： 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍? 学生通过计算回答：两者相差1036倍 问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能(板书)点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。 （二）进行新课 1．核力与四种基本相互作用(板书) 点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。 基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核,后来的实验证实了科学家的猜测. 问：那么核力有怎样特点呢?
第十九章原子核 新课标要求 1．内容标准 （1）知道原子核的组成。知道放射性和原子核的衰变。会用半衰期描述衰变速度，知道半衰期的统计意义。 （2）了解放射性同位素的应用。知道射线的危害和防护。 例1 了解放射性在医学和农业中的应用。 例2 调查房屋装修材料和首饰材料中具有的放射性，了解相关的国家标准。 （3）知道核力的性质。能简单解释轻核与重核内中子数、质子数具有不同比例的原因。会根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 （4）认识原子核的结合能。知道裂变反应和聚变反应。关注受控聚变反应研究的进展。 （5）知道链式反应的发生条件。了解裂变反应堆的工作原理。了解常用裂变反应堆的类型。知道核电站的工作模式。 （6）通过核能的利用，思考科学技术与社会的关系。 例3 思考核能开发带来的社会问题。 （7）初步了解恒星的演化。初步了解粒子物理学的基础知识。 例4 了解加速器在核物理、粒子物理研究中的作用。 2．活动建议： （1）通过查阅资料，了解常用的射线检测方法。 （2）观看有关核能利用的录像片。 （3）举办有关核能利用的科普讲座。 新课程学习 19．5 核力与结合能 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用； 2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小； 3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损； 4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 （二）过程与方法 1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；
2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 （三）情感、态度与价值观 1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 ★教学重点 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 ★教学难点 结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 ★教学方法
3．核力与结合能 学习目标：1．[物理观念]知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。2．[科学思维]理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、解决问题的能力。3．[科学探究]通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。 4.[科学态度与责任]学习科学家们严谨的科学态度，坚持实事求是，培养学习、探索科学的兴趣和责任。 阅读本节教材，回答第115页“问题”并梳理必要的知识点。 教材P115“问题”提示：原子核内核子之间存在一种很强的相互作用，叫强相互作用，克服质子间的斥力，把质子紧紧地束缚在一起。 一、核力与四种基本相互作用 1．强相互作用 (1)定义：原子核中的核子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，形成稳定的原子核，这种作用称为强相互作用。 (2)特点： ①核力是强相互作用的一种表现，在原子核内，核力比库仑力大得多。 ②是短程力，作用范围只有约10－15 m。 2．弱相互作用 (1)定义：在某些放射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。 (2)也是短程力，作用范围只有10－18m。 3．四种基本相互作用 说明：强相互作用是短程力，每个核子只跟相邻的核子发生作用，也叫核力的饱和性。 二、结合能和质量亏损 1．结合能 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。 2．比结合能 原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。比结
合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。 3．质能方程 物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。 4．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。 注意：原子核的核子结合成原子核释放的能量与把它们分开需要的能量相等。 1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(×) (2)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。(√) (3)比结合能越大，原子核越稳定。(√) (4)质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。(√) 2．(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 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力 BD[由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m之内的核子之间存在核力，核力发生在核子之间，B、D正确。] 3．(多选)下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有() A．核子结合成原子核时放出能量 B．原子核拆解成核子时要吸收能量 C．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 D．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 AB[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，A、B正确；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，例如中等质量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，C、D错误。] 四种基本相互作用及 核力的性质 如图所示是稳定核的质子数与中子数的关系。 实线为中子数与质子数相等的情况，而实际上稳定的原子核质子数与中子数关系是另一条线。(其中Z表示质子数，N表示中子数)
物理新课标学习心得体会
从9月份开学伊始，我校就组织了2012年义务教育课程改革新课标新教材物理学科的培训和学习。 在学习过程中，李云亮老师主讲“初中物理课标与教材修订解读——学习《物理课程标准》，优化初中物理教学”。韩老师主讲“修订版教材教学设计案例及分析”，接着分组互动交流：修订后课标和教材的主要变化及在教学中的基本对策。 通过这次学习，使我受益匪浅，我从专家透彻的分析教材中更加了解到新的课程标准已明确提出了要培养学生的自主学习能力。一是主张实现教学上的主体性，一是强调发展学生的个性特长。 新课标要求全面提高学生的文化素养，要求学生扩大知识面，要求课堂教学中师生互动等，我将根据新的物理能力实践系统，致力于学生综合素质的提高，促进物理课程的呈现方式和学生学习方式的转变，对于中学教学来说，既要转变教的方式，又要转变学的方式，培养和形成“自主、合作、探究”的学习方式，在这两个转变中，教的方式转变是主要矛盾，教的方式转变，学的方式也随之转变。学的方式转变可以理性地在课堂中呈现，证明教的方式转变，证明教师新理念的真正树立。把课标学习与教材教法研究结合起来，要钻研新教材，理解和把握新教材，用好新教材，要重视教学反思的研究和收集；要牢记验证“课标”和检验“教材”的实验任务。 在教学实践中，我将力求打破传统封闭、单项、机械的教学模式，主要将采取了以下几点作法以：1、认真学习新课标，深入领会新课程标准的精神实质，切实转变观念，克服以往在物理教学中忽视学生的主体地位，忽视探索精神和科学精神的培养，过分追求学科知识系统的错误倾向，真正确立教育的新理念，通过教学任务的完成，全面提高学生的整体知识素养，注重提高学生的物理做题实践能力，积极倡导，促进学生主动发展的学习方法，拓宽学习和运用的领域，注重联系生活，跨学科的学习和探究式学习，使学生获得现代社会所需要的终身受用的能力。2、我还将从整体上把握实验教科书，弄清其编写意图、体系特点，弄清教科书与《课程标准》、教科书各教程之间的内在联系，弄清教科书各种编辑设计的意图和着力点，以在备课和教学活动中准确设定教学的重点，找准达到《课程标准》提出的课程目标的落脚点，有效地实施物理教学。3、在准确把握教科书编辑思想基础上，从本班本校本地的实际出发，根据学生的年龄特征和不同教学内容，创造性地灵活地选择和运用教科书的各种设计，采取合适的教学策略，把实践动手活动落到实处，大力改进课堂教学，提倡
一、分析教材对教学的意义和要求 （一）教材分析的意义 现代教学论认为，要实现教学最优化，就必须实现教学目标最优化和教学过程最优化。教材的分析和教法的研究，正是实现教学过程最优化的重要内容和手段。教材分析是教师备课中一项重要的工作，是教师进行教学设计编写教案、制订教学计划的基础；是备好课、上好课和达到预期的教学目的的前提和关键，对顺利完成教学任务具有十分重要的意义。在教学过程中如何促进学生的发展，培养学生的能力，是现代教学思路的一个基本着眼点。教学过程不仅是知识的传授过程，而且是能力的培养过程。培养能力需要认识和比较各种知识的能力价值，而知识的能力价值具有隐蔽性，表现为“不思则无，深思则远，远思则宽”。只有通过对教材的深入分析，才可能挖掘出教材本身没有写出来的知识的能力价值，以利于对学生能力的培养。 教材分析和教法研究的过程，既是教师教学工作的重要内容，又是教师进行教学研究的一种主要方法，这个过程能够充分体现教师的教学能力和创造性的劳动。所以，教材分析的过程，就是教师不断提高业务素质和加深对教育理论理解的过程，对提高教学质量，提高教师自身的素质都具有十分重要的意义。 （二）教材分析总的要求 教材分析总的要求是：深入理解和钻研课程标准，充分领会教材的编写意图，熟悉整个教材的基本内容，了解教材的各个部分在整个学科、篇、章或课时中所处的地位；具体分析教材的内容，包括教材的知识结构体系、教材的教学目的和要求、教材的特点、教材的重点、难点和关键。能根据教学目的、内容和教学原则，按照教学要求，结合学校、教师和学生的实际情况，研究如何优化处理教材，如何突出重点、抓住关键、克服难点，明确教材中培养学生的能力因素，选择恰当的教学方法和教学手段，写出可行的教学方案，通过教材分析提高教学质量，提高教师的教学业务能力。 （三）分析教材的基本依据 教材分析的主要依据是课程标准、教材和学生，同时还需要参阅必要的教学参考书。分析教材时，主要应以以下几个方面的要求为依据： 1.课程标准与教材 课程标准是学科教学最权威的指导性文件，是指导教学和编写教材的依据，也是评价教学和考试命题的依据。教师必须认真学习和钻研课程标准，按照课程标准的规定和精神进行教学，才能做好教学工作。 中学物理课程标准包括四大部分：第一部分是课程性质、课程基本理念及课程的设计思路。明确了中学物理课程的课程性质；明确了在课程目标、课程结构、课程内容、课程实施及课程评价等方面的基本精神；说明了中学物理课程的设计思路。第二部分是课程目标。提出了中学物理课程总的课程目标和知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等具体目标。第三部分是内容标准。规定了中学物理课程中对学生科学探究和实验的要求及对中学物理知识的基本内容和活动建议等，具体地规定了教学内容的课题、学生实验、演示实验等项目，并对某些课题的要求作了说明或限定。第四部分是实施建议。从教学、评价、教科书编写、课程资源利用与开发等四个方面阐述了教学和评价中应注意的原则问题以及教科书编写及课程资源开发等的要点。钻研课程标准首先要吃透课程标准的精神，并能联系教学实际来分析教材和设计教学过程。 课程标准规定的教学内容以及所要求达到的程度，教师应当准确理解。特别是在新课改实行的一个课程标准多种版本教材的情况下，准确理解和掌握课程标准更为重要。这样才能对不同教材进行分析比较，以便在使用中做到删选取舍，达到物理教学目的的要求。 2.物理学的知识体系
《核力与结合能》 本节教材是在学生已经掌握了原子核是由质子和中子组成的基础上，探究是什么作用使得质子和中子可以有机地组成一个稳定的整体。为此，教材首先安排了“核力与四种基本相互作用”，在教授这部分内容时，注意引导学生《物理必修1》第三章第1节的知识，同时突出
科学家的大胆“猜想”在研究中的作用。再利用核力的性质解释“原子核中质子与中子的比例”时，首先注意读懂教科书图19.5-2所揭示的稳定核中核子的组成情况，再结合核力和电磁里的共同作用，借鉴经典的动力学理论，寻求稳定原子核中核子按不同比例组成的原因。从力的角度认识了原子核后，“结合能”的教学实际上是从能量的角度再次认识原子核，结合能和比结合能的教学，是本节的难点，也是重点，注意结合教科书的例题和教科书图19.5-3讲清楚其物理意义。 【知识与能力目标】 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用； 2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小； 3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损； 4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 【过程与方法目标】 1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能； 2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 【情感态度价值观目标】 1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 【教学重点】 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 【教学难点】 结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 （一）引入新课 复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?
普通高中物理新教材的特点 陈渊 (巢湖学院06物理函授本科，安徽巢湖，238000) [摘要] 从结构、内容、理念等方面对高中物理新旧教材进行研究、比较后发现：新教材的形式新，增强了趣味性和灵活性;教材结构有较大改进，对教学内容进行了调整;新教材重视基础和思路，更注重“研究性学习”，力图将科学探究引入中学物理教学。 [关键词] 新教材教材结构教学内容科学探究 A Comparison of Newand Old Course - books of Physics in China’s Hi gh Schools ChenYuan (Department of Physics，Chaohu college; Chaohu，Anhui; 238000) [Abstract] A comparative study has been carried out between new - version and old - version course -books of Physics in high schools in terms of their structure，content and design notions. Findings show that teaching materials in the new version have been properly arranged to cater to students’in2terests and teaching flexibility，structure of new course - book components has been improved a lot and some amendments have been given to its content，and more importantly，the new version attaches much importance to shaping students a mind of“learning in research”. [Key Words]new - version course – book structure content scientific research 当前，基础教育课程改革正在深入发展，国家教育部颁布了高中物理课程标准，拉开了高中物理课程改革的序幕。新标准明确提出物理课程的目的是提高全体学生的科学素养;在课程结构上注重共同基础，体现选择性;在课程内容方面体现时代性、基础性和选择性，设计了模块课程供学生选择。这是课程改革的一项重要举措。然而，要真正深入教学改革，用好新教材，首先必须研究新教材在旧教材的基础上“新”在何处，只有这样才能更好地运用新教材。 1形式新，增强了趣味性和灵活性 1.1形式变化大 版式采用16 开本，并在每页的一侧留有一列空间放置插图，旁批留给学生利用。这在视觉和心理上给出了较为宽阔的空间，很受师生欢迎。为了突出重点，用不同的字体区分不同的内容:正文、选学部分、实验、例题和习题等，并在演示实验、重要的公式和定律下，铺设彩色衬底，力求形式活泼、醒目而又不“喧宾夺主”。在每章前面，编者精心选择了一句科学家(或名人)名言，力求与内容
《九年义务教育三年制初级中学教师教学用书第二册物理》试用修订版上海科学技术出版社华东地区初中物理教材编写协作组编2002年8月第一版第一次印刷 参考资料P346 1、物理学——前沿科学的支柱 自然界是无限广阔庭丰富多彩的。物理学是自然科学中最基本的科学，它研究物质运动的形式和规律，物质的结构及其相互作用，以及如何应用这些规律去改造自然界。因此，物理学又是许多科学技术领域的理论基础。 从本世纪开始，物理学经历了极其深刻的革命，从对宏观现象的研究发展到对微观现象的研究，从研究低速运动发展到研究高速运动，由此诞生了相对论和量子力学，并在许多科技领域中引发了深刻的变革。 物理学在认识、改造物质世界方面不断取得伟大成就，不断揭示物质世界内部的秘密；而社会的发展又对物理学提出无穷无尽的研究课题。例如，原子能的利用，使人类掌握了武器和新能源；激光技术的出现，焕发了经典光学物理的青春，使许多以往光学技术办不到的事情，现还能办到了；半导体科学技术的发展，导致了计算技术、无线电通信和自动控制的革命；超导电性、纳米固体材料和非晶态材料的出现，如金属物理、半导体物理、电介质物理、非晶态物理、表面与界面物理、高压物理、低温物理等。此外，物理学与其他学科之间的渗透，又产生了许多边缘交叉学科，如天体物理、大气物理、生物物理、地球物理、化学物理和最近发展起来的考古物理等。 我们可以说，物理现象存在于人类生活和每个角落，发生在宇宙的每一地方，物理学是推动科学技术发展的重要支柱，它是自然科学中应用广泛、影响深刻、发展迅速的一门基础科学和带头科学。 2、“无限大”和“无限小”系统物理学 “无限大”和“无限小”系统物理学是当今物理学发展一个非常活跃的领域之一。天体物理学和宇宙物理学就属于“无限大”系统物理学的范畴，它从早期对太阳系的研究，逐步发展到银河系，直至对整个宇宙的研究。热大爆炸宇宙模型作为20世纪后半叶自然科学中四大成就之一是当之无愧的。利用该模型可以成功地解释宇宙观测的最新结果，如宇宙膨胀、宇宙年龄下限、宇宙物质的层次结构、宇宙在大尺度范围内是各向同性的等重要结果。可以说，具有暴胀机制的热大爆炸宇宙模型已为现代宇宙学奠定了可靠的基础。但是到目前为止，关于宇宙的起源问题仍没有得到根本解决，还有待于科学工作者进一步的努力和探索。 原子核物理学和粒子物理学等属于“无限小”系统物理学的范畴。它从早期对原子和原子核的研究，逐步发展到对基本粒子的研究。 基本粒子是在物质结构层次中属于比原子核更深层次的物质单元，如光子、质子、中子、π介子等。迄今已确认有400余种基本粒子，它们都是通过宇宙射线和加速器实验发现的。基本粒子的性质可用一系列描述其内禀性质的物理量，如质量、电荷、自旋、宇称、同位旋、轻子数、重子数、奇异数、超荷等表征。基本粒子之间存在着弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用（见下面介绍的“物质间的基本相互作用”）。通过这些相互作用，基本粒子可发生创生、湮没以及相互转化等现象。 按照参与相互作用的类型，通常将基本粒子区分为三大类：轻子、强子、和规范玻色子。轻子如电子、μ子和中微子等；它们仅参与弱作用和电磁作用。强子如质了、中子、π介子等，它们参与上述全部三种作用。规范玻色子如光子、中间玻色子（W±，Z0）、胶子等，它们是传递相互作用的媒介粒子，光子传递电磁作用，中间玻色子传递弱作用，胶子传递强作用，目前人们已经知道，强子都是由更小的粒子——“夸克”构成。至今已经发现了多种夸克。
新课程将改变学生的学习生活，也将改变教师的教学生活，新课程可能会改变学生的一生，教师也将焕发出新的生命力。 课改的核心目标是实现课程功能的转变，就是要改变教学过于注重传授知识的倾向，强调积极主动的学习态度，使获得知识与技能的过程成为学会学习和形式正确价值观的过程。那么要实现这样的课程理念，三维目标就必须融合在具体的教学过程中。这就要求我们的课堂必须发生根本的转变，教师要随着学生学习方式的改变重新构建自己的教学方式。 培养学生良好的学生习惯是物理新课程要求的一项重要内容，学生获取知识的能力比掌握知识更重要。教师在教学中要从“教会学生物理知识”转向“教会学生学习物理知识”。要针对物理学科的特点——观察和实验，注重培养学生的观察和实验动手操作能力。教师在做演示实验时，要引导学生有目的的观察，认真观察实验中物理现象，注意观察引起变化的原因和条件。在学生自己做实验时，应要求他们弄清实验原理、目的，理清实验步骤，严格按实验规则操作，但不是对知识的复制，更应该创造性的解决实验问题，得出实验结果。物理学是一门应用性很强的学科，教师在教学中应该引导学生应用所学物理知识解释和解决生产、生活中的一些简单实际问题；并联系学生日常生活中熟悉的现象、事例，帮助学生加深理解物理概念、规律，使学生在学习知识的过程中注重知识的应用，充分发挥自己的主观能动性、创造性。教师除了使学生掌握物理学的基本知识外，还应该发展学生的基本技能，增强创造意识、创新能力。“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，提倡学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生收集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力”。 新大纲规定的“必学”知识是物理学最核心、最基础的知识。这些知识不但是物理学本身的基础，而且也是学习其它学科的基础。因此，在教学中必须狠抓这些基础知识和基本技能的教学和训练。对重要的物理概念和规律，要不厌其烦地让学生从不同角度、不同层次去理解和应用。新大纲对“必学”知识提出的教学要求是用国家教育部对我们教学提出最基本的要求，这是在教学中所必须让学生掌握的。当然，我们在完成“必学”知识教学后，还可根据需要完成“选学”知识教学，让学生阅读“阅读材料”，动手做“小实验”，拓展学生的视野，培养学生的思维。同时，我们在使用新教材的过程中，对教学的内容和要求可根据学生情况高于新大纲规定的内容和要求：既可在规定的内容的知识广度上做，也可以在知识的深度上下功夫。为此我们可以从以下两方面入手： 一、努力提高自身素质，更新教学理念。 新教材对物理教师自身素质的要求更高，没有高素质的教师，就培养不出高素质的学生；没有创造性的教师，就很难培养出创造性的人才。我认为为适应新教材的需要，应具备以下一些基本素质：①有敬业、乐业、勤业的精神；②具有系统的专业知识，在整体把握物理学理论体系的同时，能居高临下地分析和处理教材；③掌握教学艺术水平。因为教师的教学艺术水平的高低直接影响到教学效果；⑷具有终身学习的观念，开拓自身的视野，对教学进行研究，以不断提高自身的创造思维和创造能力。 素质教育就是要培养出一大批勇于创新的学生，因此对教师提出了更高层次的要求。要求教师本身必须有强烈的创新意识，敢于打破常规，不断创新，不断提高。在每一节物理课，每一个物理实验知识点的教学中，不能只满足于学生掌握书本上的现成知识，而是注重怎样
14.5核力与结合能 教学目标： 1．了解四种相互作用，知道核力的特点。 2．认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行计算。 3．能简单解释轻核和重核内中子数、质子数具有不同比例的原因 教学重难点： 1．理解核力的特点 2．理解原子核中质子和中子的比例问题 3．质量亏损的计算，结合能和比结合能的理解和计算。 教学过程： 一、引入： 原子核的半径约为10-15m , 只相当原子半径的万分之一。在这么小的空间里带正电的质子与质子间的库仑斥力是很大，万有引力太小，只有库仑力的10-36。那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能 二、授新 1．核力与四种相互作用：相互作用，相互作用，相互作用，相互作用。 （1）核力的特点： ①核力是四种相互作用中的相互作用（强力）的一种表现。在原子核尺度内，核力比库仑力得多。 ②核力是短程力。约在量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为力, 距离为10×10-15m时核力几乎，距离小于0.8×10-15m时为力，因此核子不会融合在一起。 ③核力具有饱和性。每个核子只跟的核子发生核力作用，这种性质称之为核力的饱和性。 ④核力具有电荷无关性。对给定的相对运动状态，核力与核子无关。 （2）弱相互作用 弱相互作用是引起原子核发生β衰变的原因,即引起中子→质子转变 的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为，作 用强度比电磁力。 2．原子核中质子和中子的比例 轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数大致相等；对轻核 而言，核子数量相对较小，核子间距处于核力作用范围之内，由于 核力远大于电磁力，即使质子和中子成对出现，强大的核力也可以 将核子紧紧地束缚在原子核的范围之内，形成稳定的原子核。
新人教版高中物理必修第三册教案： 核力与结合能 【教学目标】 一、知识与技能 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用。 2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小。 3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损。 4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 二、过程与方法 1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能。 2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 三、情感、态度与价值观 1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力。 2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 【教学重点】 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 【教学难点】 结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 【教学过程】 一、复习提问、新课导入 提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍？（两者相差1036倍） 提问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容。 二、新课教学 （一）核力与四种基本相互作用 提示：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力（库仑力是一种电磁力）。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。
19.5 核力与结合能习题 一、知识点扫描 1、核力与四种基本相互作用 问题1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍? 问题2：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？ 基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后来的实验证实了科学家的猜测。 那么核力有怎样特点呢？ （1）核力特点： 第一、核力是强相互作用(强力)的一种表现。 第二、核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。 第三、核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。 （2）四种基本相互作用力： 弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用： ①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力； ②强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力； ③电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体→长程力； ④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状→长程力。 2、原子核中质子与中子的比例
第5节核力与结合能 1．原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把 原子核内核子分开所需要的能量叫结合能。 2．结合能与核子数之比叫比结合能。比结合能 越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核 越稳定。 3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和， 这个现象叫做质量亏损。 一、核力与四种基本相互作用 1．核力 (1)定义：原子核里的核子间的相互作用力。 (2)作用：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。 2．核力的特点 (1)核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)核力是短程力，作用范围在 1.5×10－15 m之内。核力在大于0.8×10－15 m，小于1.5×10－15 m的范围内表现为吸引力，在小于0.8×10－15 m时表现为斥力。 (3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 3．第四种相互作用 核物理学家在原子核内发现了自然界的第四种相互作用——弱相互作用，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。该作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18m，作用强度比电磁力小。 4．四种基本相互作用 四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用，在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。 二、原子核中质子与中子的比例 1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等。
2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多。 三、结合能与质量亏损 1．结合能 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。 2．比结合能 原子核的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。 3．质能方程 物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。 4．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。 1．自主思考——判一判 (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。(√) 2．合作探究——议一议 (1)质子之间存在库仑力，质子与中子、中子与中子之间没有库仑力，那么是不是质子之间存在核力，质子与中子、中子与中子之间没有核力？ 提示：不是。核力是短程力，存在于相邻的核子之间，无论是质子之间、质子与中子之间还是中子之间，都存在核力。 (2)为什么核电荷数越多的原子核越不稳定？ 提示：核电荷数越多的原子核中，有些核子之间的距离越来越大，随着距离增大，核力和质子间的斥力都减小，但核力减小得更快，当原子核大到一定程度时，核力会小于质子间的斥力，原子核就不稳定了。 (3)有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？ 提示：不对。在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化。
19．5 核力与结合能 ★新课标要求 （一）知识与技能 1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用； 2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小； 3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损； 4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。 （二）过程与方法 1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能； 2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。 （三）情感、态度与价值观 1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力； 2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。 ★教学重点 质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。 ★教学难点 结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。 ★教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流 ★教学用具： 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程 （一）引入新课 复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍? 学生通过计算回答：两者相差1036倍 问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036
倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能(板书) 点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。 （二）进行新课 1．核力与四种基本相互作用(板书) 点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。 基于这两种力的性质，原子核中的质子要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间有第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核,后来的实验证实了科学家的猜测. 问：那么核力有怎样特点呢? 学生：阅读教材核力的特点部分，讨论、总结并回答核力特点： （1）核力是强相互作用(强力)的一种表现。 （2）核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内。 （3）核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 教师总结：除核力外，核物理学家还在原子核内发现了自然界的第四种相互作用—弱相互作用(弱力)，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子转变质子的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度则比电磁力小。 点评：通过学生自主学习培养学生的自学能力，同时通过讨论激发学习兴趣。 教师讲述：四种基本相互作用力 弱力、强力、电磁力、引力和分别在不同的尺度上发挥作用： ①弱力（弱相互作用）：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因→短程力 ②强力（强相互作用）：在原子核内，强力将核子束缚在一起→短程力 ③电磁力：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原了结合成分子，使分子结合成液体和固体。→长程力 ④引力：引力主要在宏观和宇观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。→长程力 学生：阅读课本左边的阅读内容总结自然界的四种基本相互作用力及它们的作用范围。 2．原子核中质子与中子的比例