19.5 核力与结合能

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。

第5节核力与结合能P90只是个示意图P90旁批：……物理学家一直梦想将自然界中的四种相互作用纳入某种统一的理论之中。

爱因斯坦为此做了大半生的努力，但没有成功。

1967年，温伯格和萨拉姆首先解决了弱力与电磁力的统一问题……科学的追求，审美的体验P91原子核中质子与中子的比例－－新内容一个质子与一个中子结合在一起是氢的一种同位素――氘。

两对质子－中子相结合就是氦，8对质子－中子的结合是氧。

这些都是自然界中存在的原子核。

这样质子数与中子数相等的结构，能够形成很大的原子核吗？自然界中较轻的原子核，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，越重的元素，两者相差越多。

……可以设想，我们把质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，它的质子数与中子数相等。

人工核越来越大，有些核子间的距离越来越远。

随着距离的增加，核力与电磁力都会减小，但核力减小得更快。

所以，原子核大到一定程度时，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。

这时，如果不再成对地增加核子，而只增加中子，中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定。

由于这个原因，稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。

由于核力的作用范围是有限的，如果继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子也无济于事，这样的核必然是不稳定的。

在宇宙演化的进程中，各种粒子有机会进行各种组合，但那些不稳定的组合很快就瓦解了，只有200多种稳定的原子核长久地留了下来。

现在观察到的天然放射性元素，则正在瓦解之中。

P91结合能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。

结合能↓比结合能↓质量亏损↓核能。

5 核力与结合能新课标要求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。