核力与结合能解读

核⼒，结合能是分开能，⽐结合能也叫平均结合能质⼦的直径约1.6~1.7×10^-15 m,中⼦的直径约1.6×10^-15m,因此每个核⼦只跟它相邻的核⼦间才有核⼒的作⽤。

~~~~~~~~~~~———————————————————— 结合能是把原⼦核分解成单个核⼦所需要的能量，这个能量是由质量亏损来的。

结合能是指当⼀“物体(体系)”是由两个或多个部分组成时，各组成部分之间⼀定存在相互吸引⼒，使它们结合在⼀起。

如果把各组成部分分开到“⽆穷远”处，当然需要⼀定的能量来提供克服有关吸引⼒，即需做功。

所需做的功的⼤⼩，说明各组成部分结合的紧密程度，称为该物体的结合能。

⾃然，组成原⼦核的核⼦越多，它的结合能就越⾼。

因此，有意义的是它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，原⼦核中核⼦结合得越牢固，原⼦核越稳定。

⽐结合能，也叫平均结合能 ⽐结合能，也就是要分开这个原⼦核所需要的能量除以该原⼦核的核⼦数(中⼦和质⼦的总个数)，所以⽐结合能表⽰的是平均分开⼀个核⼦所需的能量，因此，⽐结合能⼜叫“平均结合能”。

⽽每个核⼦间都有核⼒作⽤，轻核中质⼦与中⼦个数相当且质⼦带正电，相互有排斥⼒，所以要分开轻核的能量较少，⽐结合能⼩。

⽽随着核⼦数增加，原⼦核也因为质⼦的相互排斥⼒⽽导致中⼦多于质⼦，这样⼀来⽐结合能就会因质⼦影响的减少⽽增⼤。

但是，虽然重核难以⼤部分分离，结合能⼤，但是他的外层却因⼒原⼦核半径变⼤⽽不稳定，所以其⽐结合能在到达某⼀⾼点后开始下降。

进⼊正题：核聚变就是加能量把轻核聚在⼀起，形成中等质量的核;核裂变就是把重核裂成较轻质量的核(可⾃发)。

可以看出，⽆论是核裂变还是核聚变。

其⽐结合能都增⼤。

⽽⽐结合能的增⼤意味着要分开该核的能量增⼤了，也就是说，核变化后新的原⼦核结合得更紧密了。

⽽值得说的是，结合得越紧密的原⼦核，其结合时相对所释放的能量就越⼤。

19.5 核力与结合能学习目标1．知道核力及其作用过程。

2．了解原子核中质子与中子的比例。

3．掌握结合能与质量亏损。

重点：1．爱因斯坦质能方程的理解。

2．结合能和比结合能概念。

难点：1．对爱因斯坦质能方程的理解。

2．结合能的概念。

知识点一、核力与四种基本相互作用1．20 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。

原子核里的核子间存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。

2．核力定义：组成原子核的每个相邻核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。

特点：核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。

（1）核力是强相互作用（强力）的一种表现，在它的作用范围内，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0.8×10－15m 时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。

（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。

1【特别提醒】核力与带电荷情况无关。

无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，且是相同的。

3．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。

4．四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。

班级： 组别： 姓名： 组内评价： 教师评价：核力与结合能1、核力与四种基本相互作用2、结合能当核子结合成原子核时要放出一定能量；原子核分解成核子时，要吸收同样的能量．这个能量叫做原子核的结合能．结合能与核子数之比，称做为比结合能。

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.（课本图分析）3、质量亏损与核能（1）质量亏损：（2）质能方程：爱因斯担的相对论指出，物体的质量和能量存在着密切联系，即 .这就是爱因斯坦的质能方程.（3）核能的计算根据爱因斯坦质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损（m ∆）的千克数乘以真空中光速的平方.即： 2mc E ∆=∆根据1原子质量单位（u ）相当于931.5MeV 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： 5.931⨯∆=∆m E MeV例 1.一个静止的23292U （原子质量为232.0372u ），放出一个α粒子（原子质量为4.00260u ）后，衰变成22890Th （原子质量为228.0287u ）.假设放出的结合能完全变成Th 核和α粒子的动能，试计算α粒子的动能.例2、静止在匀强磁场中的一个105B 核俘获了一个速度为向v =7.3×104m/s 的中子而发生核反应，生成α粒子与一个新核。

测得α粒子的速度为2×104 m/s ，方向与反应前中子运动的方向相同，且与磁感线方向垂直。

求：⑴写出核反应方程。

⑵画出核反应生成的两个粒子的运动轨迹及旋转方向的示意图（磁感线方向垂直于纸面向外）。

⑶求α粒子与新核轨道半径之比。

⑷求α粒子与新核旋转周期之比。

【巩固练习】( )1．下面是一核反应方程X He H H +→+423121用c 表示光速，则 A ．X 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘c 2B ．X 是中子，核反应放出的能量等于质子质量乘c 2C ．X 是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c 2D ．X 是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘c 2（ ）2.中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为.n p D m m m 、、现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，反应的方程为D p n γ+=+，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是A ．21[()]2D p n m m m c E --- B ．21[()]2D n p m m m cE +-+ C ．21[()]2D p n m m m c E --+ D ．21[()]2D n p m m m cE +-- （ C ）3．由图可得出结论A ．质子和中子的质量之和小于氘核的质量B.质子和中子的质量之和等于氘核的质量C ．氘核分解为质子和中子时要吸收能量D ．质子和中子结合成氘核时要吸收能量4．知氘核质量2.0136u 中子质量为1.0087u,He 32核质量为3.0150u.（1）写出两个氘核聚变成He 32的核反应方程（2）计算上述核反应中释放的核能（3）若两氘核以相等的动能0.35MeV 作对心碰撞即可发生上述核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成的He 32核和中子的动能各是多少?。

《核力与结合能》讲义一、引入在我们的世界中，从微小的原子到浩瀚的宇宙，都充满了无数的奥秘等待着我们去探索。

而在原子核的内部，核力与结合能这两个概念就像是隐藏在微观世界深处的神秘力量，它们不仅决定了原子核的稳定性，还对我们理解物质的本质和能量的转化有着至关重要的意义。

想象一下，原子核内部的质子和中子是如何紧密地结合在一起，而不是因为彼此之间的静电排斥而飞散？这背后的力量就是核力在起作用。

同时，为什么在某些原子核发生变化时会释放出巨大的能量？这又与结合能息息相关。

二、核力核力，是一种强大的短程作用力，它只在原子核内极短的距离内起作用。

当质子和中子彼此靠近到一定程度时，核力就会发挥作用，将它们紧紧地束缚在一起。

这种力非常强大，远远超过了质子之间的静电斥力。

但它又有一个特殊的性质，就是作用范围很小，一旦质子和中子之间的距离超过了大约几个飞米（1 飞米＝ 10^－15 米），核力就迅速减小到几乎可以忽略不计。

核力还有一个重要的特点，就是它具有饱和性。

这意味着一个核子只与它周围有限的几个核子发生较强的相互作用，而不是与原子核内的所有核子都有同样强的作用。

这种饱和性使得原子核的结构相对稳定，不会因为核子之间的相互作用过于复杂而导致不稳定。

此外，核力与核子的带电状况无关。

无论是质子还是中子，核力对它们的作用强度大致相同。

这与静电引力或斥力是完全不同的，静电力只作用于带电粒子，并且同性相斥、异性相吸。

三、结合能既然核力能够将核子紧紧地束缚在原子核内，那么就必然存在一种与这种束缚相关的能量，这就是结合能。

结合能是指将原子核中的核子分开所需要的能量。

一个原子核的结合能越大，意味着要把它分解成单个的核子就越困难，也就说明这个原子核越稳定。

为了更直观地理解结合能，我们可以通过一个简单的例子来说明。

假设我们有一堆积木，将这些积木拼在一起需要花费一定的力气，而这个力气就相当于结合能。

拼好的积木结构越牢固，要把它们拆开所需要的力气就越大，也就是结合能越大。

高考热点剖析：核力与结合能潜松水（浙江省缙云中学物理组，浙江缙云321400）国家级《考试报》浙江版 2009.3.10一、核力在人们认识原子核之前，只知道在自然界有两种作用力，一是万有引力，一是电磁力。

容易估计，万有引力在原子核内完全可以忽略(电磁力大约要比万有引力强1035倍)，而电磁力对核内的质子只能起排斥作用。

所以我们面临一种新的作用力—核力。

核力具有以下几个基本性质。

（一）短程力。

它只在1.5×10-15 m的短距离内起作用，超过了这个距离，核力就迅速减小到零。

质子和中子的半径大约是10-15 m，因此每个核子（质子或中子）只跟它相邻的核子间才有核力的作用。

（二）强相互作用。

质子间的库仑斥力反比于距离，在核内质子之间的距离很短，但质子竟然不顾库仑斥力而相互紧密结合，这就充分说明新的作用力—核力的强大。

事实表明，核力约比库仑力大一百倍。

（三）核力与电荷无关。

它在质子和质子间、质子和中子间、中子和中子间都存在。

（四）核力在极短程内表现斥力。

故核子不可能无限靠近，当两核子之间的距离为 0.8×10-15 m～1.5×10-15 m，核力表现为吸引力，在小于0.8×10-15 m时为斥力。

(五)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。

二、结合能由于核子间存在着强大的核力，所以原子核是一个坚固的集合体。

要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者说需要巨大的能量。

相反的过程，核子结合成原子核时要放出同样多的能量。

这个能量叫做原子核的结合能。

如果用核子数去除核的结合能，就得到每个核子的比结合能。

比结合能也叫平均结合能。

核子组成不同的原子核时，放出的结合能的大小也不相同。

结合能的大小并不能表示拆开一个核子的难易。

结合能除以总核子数所得的平均结合能表示把一个核子拆离原子核所需的能量。

因而原子核的结合能并不能表示原子核的稳定程度，平均结合能的大小表征着原子核稳定的程度。

《核力与结合能》讲义一、引言在探索微观世界的奥秘中，核力与结合能是两个至关重要的概念。

它们不仅帮助我们理解原子核的稳定性和结构，还在能源、医学、材料科学等众多领域有着广泛的应用。

接下来，让我们一起深入了解核力与结合能的奇妙世界。

二、核力核力是一种短程强相互作用力，它将原子核内的质子和中子紧密地束缚在一起。

这种力的作用范围非常小，只有约 10^－15 米，但强度却极大。

核力具有以下几个重要特点：1、饱和性每个核子只与其邻近的有限数量的核子发生相互作用，而不是与原子核内的所有核子都发生同等强度的相互作用。

这就像一群人在一个小房间里，每个人只能与身边的几个人有紧密的接触和相互影响。

2、强吸引力在一定距离范围内，核力表现为强大的吸引力，克服了质子之间的静电斥力，使得原子核能够保持稳定。

如果没有核力的存在，仅靠质子之间的静电斥力，原子核将会迅速解体。

3、短程性核力的作用范围很小，超出这个范围，核力迅速减小为零。

这使得原子核的大小有了一个相对明确的界限。

4、非有心力核力不是简单的中心力，即力的大小和方向不仅取决于两个核子之间的距离，还与它们的相对位置和运动状态有关。

为了更好地理解核力，我们可以通过一些实验和现象来观察。

例如，原子核的密度几乎是一个常数，不随原子核的大小而改变。

这表明核力在原子核内的作用是相对均匀和强大的，使得核子能够紧密排列。

三、结合能当质子和中子结合形成原子核时，会释放出一定的能量，这部分能量被称为结合能。

结合能的大小反映了原子核的稳定性。

结合能的计算公式为：结合能＝质量亏损×光速的平方。

这里的质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子质量之和的部分。

质量亏损的产生是因为在核反应中，一部分质量会转化为能量。

这正是爱因斯坦著名的质能方程 E=mc²的体现。

结合能的大小与原子核的质子数和中子数有关。

一般来说，中等质量的原子核具有较大的结合能，因此更加稳定。

例如，铁原子核的结合能就相对较大，这使得铁在恒星内部的核反应中具有特殊的地位。

1、原子核的结合能核子之间通过巨大核力组成原子核，要把原子核拆成单个核子需克服核力作功，吸收巨大能量；反之，使核子结合成原子核会放出相应能量，这个能量称为原子核的结合能简称核能，换言之，与核力相对应的能叫核能。

2、质量亏损组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫质量亏损。

核反应中的质量亏损不是质量的消灭，并不破坏质量守恒，因为核反应释放能量以射线形式出现，光子无静质量，有动质量，它的动质量与反应前后的质量亏损相当。

3、质能方程爱因斯坦质能方程为表明：物体具有的能量和它的质量成正比，质量和能量是物质同时存在的两个基本属性，不能理解为能量就是质量或质量就是能量。

核能的计算（为质量亏损）列出核反应方程，找出反应前后质量亏损代入上式可算出释放能量。

例如：亏损1原子质量单位的质量（ kg）释放能量。

可证明为931.50MeV的能量。

这里我们不能理解为1u的质量等于931.5MeV的能量，而应理解为亏损1u 的质量释放931.5MeV的能量。

核反应过程不违背能量守恒。

据质能方程，若反应过程总质量减少相应的总能也减少，减少的能量在反应过程中释放，在核反应过程中总质量增加相应的总能量也增加，增加的能量从外界吸收。

4、重核裂变重核俘获一个中子后分裂成两个或多个中等质量核的反应过程叫重核裂变。

例如：，裂变过程释放大量能量，重核裂变是获得核能的重要途径。

目前，世界上建成的核电站如我国的秦山核电站和大亚湾核电站都是利用重核裂变原理。

链式反应的内因是反应物体积大于临界体积，原子核裂变后放出2—3个中子要能碰到另外原子核而不跑到外面去，使裂变继续进行。

外因是开始要有轰击反应物的中子去激发。

5、轻核聚变轻核结合成质量较大的核叫聚变。

聚变中释放出比重核裂变更多的能量。

热核反应：使原子核发生聚变，必须使原子核距离达到核力起作用的范围，这要求核有足够大的动能，所以要将原子核加热到几百万度的高温，因此聚变也叫热核反应。

太阳内部和许多恒量内部都在激烈地进行热核反应，辐射出大量的能量。

核力与结合能知识集结知识元原子核的结合能知识讲解核力与核能1．核力（1）含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核．（2）特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内③因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能（1）含义：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。

3．比结合能（1）定义：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。

（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

4．质量亏损与质能方程（1）质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差。

（2）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E=mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE=Δmc2；②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE=Δmc2.例题精讲原子核的结合能例1.下列说法中正确的有（）A．“康普顿效应”说明了光具有波动性B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应均是重核裂变C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢，原子核越稳定例2.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（）A．重核裂变成和要吸收能B．核的结合能约为2MeV量C．中等质量的原子核最不稳定D．两个核结合成核要释放能量例3.原子核的比结合能曲线如图所示。

根据该曲线，下列说法中正确的是（）A．核比核更稳定B．核的结合能约为7MeVC．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定大于两个轻核的质量和D．在核反应中，只有比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能例4.较轻的核的比结合能____中等大小的核的比结合能（填“大于”、“等于”、“小于”）。