第十九章原子核
19.5核力与结合能
【自主预习】
1.核力是存在于原子核里的________的相互作用，核力有以下特点：
(1)核力是________相互作用(________)的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库仑力________得多；
(2)核力是短程力，作用范围在________ m之内。
(3)每个核子________的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
2．原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的________。原子核的结合能与核子数之比，称做________，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。
3．物体的能量与它的质量之间的关系，即________。
4．原子核的质量________组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。质量亏损表明，的确存在着原子核的________。
5．核能的计算方法总结
核能的计算是原子物理的重要方面和高考的热点问题，其计算的基本方法是：
（1）．根据质量亏损计算，步骤如下：
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。
②根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能。
③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
（2）．利用原子单位u和电子伏计算。
①明确原子单位u和电子伏特间的关系
因1 u＝1.660 6×10－27 kg
则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10 J
又1 eV＝1.6×10－19 J
则E＝1.494×10－10 J＝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。
③上式中，Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV。
（3）．利用平均结合能来计算核能
原子核的结合能＝核子的平均结合核能×核子数。
（4）．根据能量守恒和动量守恒来计算核能
（5）．应用阿伏加德罗常数计算核能
【典型例题】
一、核力与四种基本相互作用
【例1】关于核力的说法正确的是( )
B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内
D．核力与电荷有关
【例2】．下列关于对核力的认识，正确的是( )
A．核力是强相互作用的一种表现，比库仑力大得多
B．核力存在于质子和中子、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力
C．核力是核子间相互吸引的力，是短程力
D．核力只存在于相邻的核子之间，具有饱和性
二、结合能与质量亏损
【例3】中子n、质子p、氘核D的质量分别为m n、m p、m D。现用能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为γ＋D→p＋n，若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )
A.1
2
[(m D－m p－m n)c2－E] B.
1
2
[(m p＋m n－m D)c2－E]
C.1
2
[(m D－m p－m n)c2＋E] D.
1
2
[(m p＋m n－m D)c2＋E]
【例4】．17．为了确定爱因斯坦质能方程ΔE＝mc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1＝
0.6 MeV的质子轰击静止的锂核73Li，生成两个α粒子的动能之和为E2＝19.9 MeV。
(1)写出该核反应方程；
(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确。(已知质子m p＝1.007 3 u，α粒子mα＝4.001 5 u，锂核m Li ＝7.016 0 u)
【例5】已知 Po原子核的质量为209.982 87 u， Pb原子核的质量为205.974 46 u，He 原子核的质量为4.002 60 u，静止的 Po核在α衰变中放出α粒子后变成 Pb，求：
(1)衰变过程中释放的能量；
(2)α粒子从Po核中射出时的动能；
(3)反冲核的动能(已知1 u相当于931.5 MeV，且核反应释放的能量只转化为动能。)
1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是( )
A．核力、万有引力、库仑力
B．万有引力、库仑力、核力
C．库仑力、核力、万有引力
D．核力、库仑力、万有引力
2．下列说法中正确的是( )
A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力
B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用
C．重核比中等质量的核更稳定
D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力
3．下列说法正确的是( )
A．自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒
B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量
C．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应
D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生核反应
4．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＝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
5．关于质能方程，下列说法中正确的是( )
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
6．[2010年北京理综]太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( ) A．1036 kg
B．1018 kg
C．1013 kg
D．109 kg
7．一个电子(质量为m 、电荷量为－e )和一个正电子(质量为m 、电荷量为e )，以相等的初动能E k 相向运动，并撞到一起，发生“湮灭”，产生两个频率相同的光子，设产生光子的频率为ν，若这两个光子的能量都为h ν，动量分别为p 和p ′，下面关系中正确的是( )
A ．h ν＝mc 2，p ＝p ′
B ．h ν＝12
mc 2，p ＝p ′ C ．h ν＝mc 2
＋E k ，p ＝－p ′
D ．h ν＝12
(mc 2＋E k )，p ＝－p ′
8．质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3，真空中光速为c ，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是( )
A ．m 3c 2
B ．(m 1＋m 2)c 2
C ．(m 3－m 2－m 1)c 2
D ．(m 1＋m 2－m 3)c 2
9．以m D 、m p 、m n 分别表示氘核、质子、中子的质量，则( )
A ．m D ＝m p ＋m n
B ．m D ＝m p ＋2m n
C ．m n ＞m p ＋m n
D ．m D ＜m p ＋m n
10．某核反应方程为21H ＋31H→42He ＋X 。已知21H 的质量为2.013 6 u ，31H 的质量为3.018 0 u ，42He
的质量为4.002 6 u ，X 的质量为1.008 7 u 。则下列说法中正确的是( )
A ．X 是质子，该反应释放能量
B ．X 是中子，该反应释放能量
C ．X 是质子，该反应吸收能量
D ．X 是中子，该反应吸收能量
11．已知质子的质量是1.008 665 u 、中子的质量也是1.00 8665 u ，氢原子的质量是1.007 825 u ，碳原子的原子量是12.000 000 u,12个核子结合成碳原子核时，质量亏损是________，碳原子核的比结合能是________。
12．α粒子的质量m α＝6.646 7×10－27 kg ，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 。求α粒子(氦核)的比结合能。
例题答案：
1.【答案】C
【解析】核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降几乎消失，故C对。核力与万有引力、电磁力不同，故A、B不对。核力与电荷无关，故D错。
2.解析：在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，但当原子核大到一定程度时，核力将不足以平衡库仑力，A错误；相邻核子间都存在核力作用，B错误，D正确；核子间的距离小于0. 8×10－15 m时，核力表现为斥力，大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，C错误。
答案：D
3.【答案】C
【解析】核反应过程中的质量亏损：Δm＝m D－m p－m n
核反应过程中释放的能量：ΔE＝Δmc2＝(m D－m p－m n)c2
质子和中子的总动能为E k＝ΔE＋E
中子的动能是总动能的一半，故选项C是正确的。
4.解析：(1)73Li＋11H→42He＋42He
(2)核反应的质量亏损为
Δm＝m Li＋m p－2mα
＝(7.016 0＋1.007 3－2×4.001 5) u＝0.020 3 u
由质能方程可知，与质量亏损相当的能量为
ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931.5 MeV＝18.9 MeV
而系统增加的能量为ΔE′＝E2－E1＝19.3 MeV
这些能量正是来自核反应中，在误差允许的范围内视为相等，所以ΔE＝Δmc2正确。
答案：(1)73Li＋11H→42He＋42He (2)见解析
5.【答案】(1)5.412 MeV (2)5.31 MeV (3)0.10 MeV
【解析】(1)衰变过程为210 84 Po―→206 82 Pb＋42He
衰变过程中质量亏损为
Δm＝(209.982 87－205.974 46－4.002 60)u＝0.005 81 u
衰变过程中释放的能量为ΔE＝0.005 81×931 MeV≈5.41 MeV。
(2)衰变前后动量守恒，则衰变后α粒子和铅核的动量大小相等，方向相反
由pα＝p Pb及E k＝p2
2m
，
得E kα
E kPb
＝
m Pb
mα
又因核反应释放的能量只转化为两者的动能，
解得α粒子从钋核中射出时的动能E k α≈5.31 MeV 。
(3)反冲核的动能E k Pb ≈0.10 MeV 。
课后练习答案：
1. 解析：核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于库仑力；微观粒子的质量非常小，万有引力小于库仑力，故D 选项正确。
答案：D
2.解析：只有相邻质子间才存在核力，A 、D 错误；中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，起到维系原子核稳定的作用，B 正确；中等质量大小的核最稳定，C 错误。 答案：B
3. 解析：核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒，其中质量数守恒并不是质量守恒。核反应过程中往往伴随着质量亏损，并有能量变化。若反应后质量减小，则释放出能量，反之则吸收能量，所以C 选项正确。
答案：C
4.解析：E ＝mc 2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说
明了能量与质量之间存在相互转化的关系。故A 项错误，而B 项正确；核反应中的质量亏损并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C 项错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D 错误。
答案：B
5. 解析：质能方程E ＝mc 2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的
能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE ＝Δmc 2进行计算，
所以B 、D 正确。
答案：B 、D
6.解析：根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，得Δm ＝ΔE c 2＝4×1026
(3×108)2 kg≈109 kg 。 答案：D
7. 解析：能量守恒和动量守恒为普适定律，故以相等动能相向运动发生碰撞而湮灭的正负电子
总能量为：2E k ＋2mc 2，化为两个光子后，总动量守恒且为零，故p ＝－p ′，且2E k ＋2mc 2＝2h ν，
即h ν＝E k ＋mc 2。
答案：C
8.解析：质子和中子结合成氘核时，总质量减小了，即质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3。依据质能方程可知，放出的能量为
ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3)c 2。
答案：D
9. 解析：质子和中子生成氘核，要放出能量，核反应方程为：11p ＋10n ―→21H ，由爱因斯坦质能方
程可知有能量的放出一定有质量的减少，所以m p ＋m n ＞m D ，D 选项正确。
答案：D
10. 解析：根据核反应过程中质量数、电荷数守恒规律，可得21H ＋31H→42He ＋10X ，即X 为中子；在
该反应发生前，反应物的总质量m 1＝(2.013 6＋3.018 0) u ＝5.031 6 u ，反应后产物总质量m 2
答案：B
11. 解析：碳原子可以看成是6个氢原子与6个中子结合而成， 质量亏损：
Δm ＝6×1.007 825 u＋6×1.008 665 u－12.000 000 u ＝0.098 940 u
比结合能为： E ＝ΔE 12＝Δmc 212
＝0.098 940×931.5 MeV 12＝7.68 MeV 。 答案：0.098 940 u 7.68 MeV
12. 解析：核子的质量之和
2m p ＋2m n ＝2×(1.672 6＋1.674 9)×10－27 kg
＝6.695 0×10－27 kg
这个数值与α粒子的质量之差
Δm ＝2m p ＋2m n －m α＝(6.695 0－6.646 7)×10－27 kg
＝4.83×10－29 kg
α粒子的结合能
ΔE ＝Δmc 2＝4.83×10－29×3.02×1016
1.60×10－19 eV ≈
2.72×107 eV ＝27.2 MeV
α粒子的比结合能E ＝ΔE 4＝27.24
MeV ＝6.8 MeV 。 答案：6.8 MeV
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：
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10－18 m，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。
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
19．5 ★ 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 -可编辑- 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 x 10-27,g带电量为元电荷e=1.6 x 10-1,C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-可编辑- 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?
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)
课时作业17 核力与结合能 1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是( ) A．核力、万有引力、库仑力 B．万有引力、库仑力、核力 C．库仑力、核力、万有引力 D．核力、库仑力、万有引力 解析：核力是强相互作用力，氦原子核内的2个质子是靠核力结合在一起的，可见核力远大于库仑力；微观粒子的质量非常小，万有引力小于库仑力，故D选项正确。 答案：D 2．下列说法中正确的是( ) A．原子核内的所有质子间都存在核力和库仑力 B．对质子数较多的原子核，其中的中子起到维系原子核稳定的作用 C．重核比中等质量的核更稳定 D．两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力 解析：只有相邻质子间才存在核力，A、D错误；中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，起到维系原子核稳定的作用，B正确；中等质量大小的核最稳定，C错误。 答案：B 3．下列说法正确的是( )
A．自由核子结合成原子核时，一定遵循质量守恒 B．在发生核反应时，反应前物质的总质量一定等于反应后所生成物质的总质量 C．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应是放能反应 D．发生核反应时，反应前的总质量大于反应后的总质量，这个反应必须吸收能量才能发生核反应 解析：核反应过程满足电荷数守恒和质量数守恒，其中质量数守恒并不是质量守恒。核反应过程中往往伴随着质量亏损，并有能量变化。若反应后质量减小，则释放出能量，反之则吸收能量，所以C选项正确。 答案：C 4．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＝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＝mc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互
《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?
5 核力与结合能 1．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．不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 解析：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集聚在一起组成原子核，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，11H，C错误；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，故D正确． 答案：D 2.一个23491Pa原子核内的质子数、中子数、核子数分别为（） A.91个91个234个 B.143个91个234个 C.91个143个234个 D.234个91个143个 解析：原子核是由质子和中子组成的，质子和中子统称为核子.23491Pa的原子序数为91，即质子数为91，核子数为234，中子数等于核子数减去质子数，即为234－91＝143，故C 正确，ABD错误.故选：C. 答案：C 3．(多选)对核子结合成原子核的下列说法正确的是( ) A．原子核内的核子间均存在核力 B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力 C．当n个核子靠近到核力作用的范围而结合为原子核时，其间“势能”一定减小 D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用 解析：由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15m，核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必定减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15m，故C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于稳定的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确． 答案：CD 4．某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，4 2He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( )
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
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
19-5核力与结合能
5核力与结合能 (时间：60分钟) 考查知识点及角度 难度及题号 基础中档 稍 难对核力及结合能的理解1、2 3 质量亏损、核能的计算4、5、67、8、 综合提升9、10、1112 知识点一对核力及结合能的理解 1．对结合能、比结合能的认识，下列正确的是()．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．比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时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确、B错误；核子较多的原子核的结合能大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误、D正确．答案AD 2．(2013·广州高二检测)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 解析核力属于短程力，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，所以选项A、B、D错误，但两质子之间都存在库仑斥力的作用，所以选项C 正确． 答案 C 图19－5－2 3．如图19－5－2所示是描述原子核核子的平均质量m－与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是()．A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量 B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量 C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量 D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量 解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．答案 C 知识点二质量亏损、核能的计算 4．根据爱因斯坦的研究成果，物体的能量和质量的关系是E＝mc2，这一关系叫爱因斯坦质能方程．质子的质量为m p，中子的质量为m n，氦核的质量为m ， α
高考物理第5节核力与结合能专题1 2020.03 1,一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子。已知铀核的质量为3.853131×10-25kg，钍核的质量为3.786567×10-25kg，α粒子的质量为6.64672×10-27kg。在这个衰变过程中释放出的能量等于____J。(保留2位数字)。 2,正负电子对撞后，转化为两个光子的总能量是_______电子伏。（正负电子质量m=0.91×10-30kg，光子的静止质量为零） 3,从下列几个核反应中，选出卢瑟福发现质子的核反应 （） 4,四个氢核变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出多少能量？若1g氢完全聚变，能释放多少焦能量？（氢核质量为1.008142u，氦核质量为4.001509u） 5,在计算核子和原子核的质量时，以u为单位比较方便，关于u下列说法中正确的是 （） A. 1u≈1.66×10-27kg B．1u等于一个碳12原子质量的1/12 C．1u相当于931.5MeV能量 D．u表示一个核子的质量
6,完成下列核反应方程 7,关于爱因斯坦质能方程的下列看法中正确的是 （） A．E=mc2中的E是物体以光速运动的动能． B．E=mc2是物体的核能． C．E=mc2反映了一定的质量与一定的能量有相当的关系． D．△E=△mc2表示发生的质量亏损△m变为能量放出去． 8,查德威克最初发现中子的核反应方程： （） 9,质子的质量、中子的质量和氘核的质量分别为m1、m2和m3，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线。已知普朗克恒量为h，真空中光速为c，则γ射线的频率v=____。 10,质子的质量m p，中子的质量为m n，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为 （）
高中核力与结合能学案 教案 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-
核力与结合能 编写：吴昌领审核：陶海林 【知识要点】 1、组成原子核的核子之间有很强的___________，使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力称________，它是一种强相互作用力。 2、自然界中原子序数较________的原子核，其质子数与中子数大致相等；但原子序数较________的原子核，中子数比质子数多，越重的元素，两者的差越大。 3、核子结合在一起时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的 ____________，它与核子数的比值叫________________。在结合或分解过程中，反应物与生成物的质量之差叫______________。 【典型例题】 例1关于核能，下列说法中正确的有（） A．核子结合成原子核时，需吸收的能量 B．核子结合成原子核时，能放出的能量 C．不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能量相同 D．使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值 例2质子的质量m p，中子的质量为m n，它们结合成质量为m的氘核，放出的能量应为 A．（m p+m n-m）C2 B．（m p+m n）c2 C．mc2 D．(m-m p)c2 例3已知原子核210 84Po的质量为，原子核206 82 Pb的质量为，α粒子的质量为，静止的核 210 84Po在衰变中放出α粒子后变成核206 82 Pb，求： （1）衰变过程中的质量亏损；（2）衰变过程中释放的能量；
（3）衰变后的瞬间，α粒子和206 82 Pb的动能。 【课堂检测】 1、已知氮核的质量为，氧核的质量为，氦核的质量为，质子的质量为，则核反应14 7 N ＋4 2He →17 8 O＋1 1 H是____________（填“释能”“吸能”）反应，能量变化了 ________________J。 2、一个铀235衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为×10-25kg，钍核的质量为×10-25kg，α粒子的质量为×10-27kg，则在该衰变过程中释放出的能量为 _______________J。如果有1kg铀发生这样的衰变，则铀全部衰变完，释放的能量为________________J。 3、下列关于核反应的说法正确的是 ( ) A．爱因斯坦的质能方程说明了物体质量就是能量，它们之间可以相互转化 B．由质能方程可知，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含有的能量的量度 C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转化成的 D．因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，系统的总能量不守恒 4、下列四个核反应中，X表示中子的是 ( ) A．14 7N＋4 2 He →17 8 O＋X B．27 13 Al＋4 2 He →30 15 P＋X C．3 1H＋2 1 H →4 2 He＋X D．235 92 U＋X →136 54 Xe＋90 38 Sr＋101 n 5、用α粒子轰击硼10后，生在了氮13，并放出X粒子；而氮13不稳定，它放出Y粒子后变成碳13，则X和Y分别是 ( ) A．质子和中子 B．质子和正电子 C．中子和电子 D．中子和正电子
第5节核力与结合能 [随堂巩固] 1．(原子核中质子与中子的比例的理解)在自然界中，对于较重的原子核的中子数和质子数的比例关系，下列说法正确的是 A．中子数等于质子数B．中子数小于质子数 C．中子数大于质子数D．无法确定 解析原子核越重，原子间库仑斥力就越大，而中子数多于质子数，因中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以才有助于维系原子核的稳定。故稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。故正确答案为C。 答案 C 2．(对结合能和比结合能的理解)(多选)在下述几种情况中，一定能释放原子核能的是A．由核子结合成原子核 B．由质量小的原子核结合成质量较大的原子核 C．核反应中产生质量亏损时 D．由重核裂变成质量较小的中等核 解析任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，由爱因斯坦质能方程可知，只要在反应过程中有质量亏损，就有能量释放出来。故A、C、D正确，B错误。 答案ACD 3．(质量亏损和核能的计算)(多选)为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中正确的是 A. E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系 B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能 C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应中释放的核能 解析爱因斯坦质能方程E＝mc2定量地指出了物体具有的能量与其质量之间的关系，A 正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量；反之，若
物体的质量增加了，则物体的能量升高，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误。 答案ABC 4．(质量亏损和核能的计算)6027Co发生一次β衰变后变为Ni核，在该衰变过程中还发出频率为ν1和ν2的两个光子，试写出衰变方程式，并求出该核反应因释放光子而造成的质量亏损。 解析根据电荷数守恒、质量数守恒，衰变方程式为： 60 27Co→0－1e＋6028Ni。释放的能量ΔE＝hν1＋hν2，根据ΔE＝Δmc2得质量亏损为：Δm＝hν1＋hν2 c2 。 答案6027Co→0－1e＋6028Ni hν1＋hν2 c2 [限时检测] [限时45分钟] 题组一对核力及结合能的理解 1．(多选)原子核内的核子能稳定地结合在一起，是因为有核力的作用，下列说法中正确的是 A．核力是核子间的库仑力和万有引力的合力 B．每个核子与核内其他的核子之间都存在核力作用 C．每个核子只跟它相邻的核子之间才有核力的作用 D．核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力 解析核力是核子间强相互作用力，是除库仑力、万有引力之外的力，核力与万有引力、库仑力的性质不同，故A错误；核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m，原子核的半径数量级在10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，故C正确，B错误；核力是一种强力，是在核子之间存在的超短距离的作用力，故D正确。 答案CD 2．(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是 A．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