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《核力与结合能》教学设计【课标要求】了解核力性质。
知道四种相互作用认识原子核的结合能。
【学习目标】（1）知道4种基本相互作用，知道核力的性质。
（2）认识原子核的结合能和比结合能的概念。
（3）能用质量亏损和智能方程计算核能相关的问题。
【教材分析】本节是在学生已经学习了原子核是由质子和中子组成的基础上，探究是什么作用使质子和中子有机的组成一个稳定的整体。
为此首先安排了“核力与四种相互作用”阐明万有引力、电磁力和核力分别在不同的尺度上发挥作用。
在这一部分，充分体现了大胆“猜想”在研究中的作用。
核力是从力的角度认识原子核，结合能是从能的角度认识原子核。
【学情分析】学生已经学习了库仑力，知道同种电荷之间相互排斥，但是质子带正电，是如何紧密结合在一起的。
如何从力的角度和能的角度认识原子核，也是学生比较想知道的。
同时这一部分的学习，为后续的裂变和聚变学习打下基础。
【教学过程】（1）问题引入原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成的。
在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子为什么能够挤在一起而不散开？是万有引力的作用吗？可以让学生通过计算，去比较万有引力和库仑力的大小，为了计算方便，仅给出数量级。
质子间距数量级为10-15m；质子质量数量级为10-27kg；质子电量数量级为10-19kg；万有引力常量数量级为10-11；静电力常量数量级109。
通过计算发现1929362721110==1010FF---⨯⨯库万（10）（10）由此看到，万有引力无法抵消库仑力斥力，物理学家发现：有第三种力存在，是这种力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
这就是核力（2）核力使核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核的力1.核力是一种强相互作用。
在原子核尺度内，核力比库仑力大得多。
2. 核力是短程力。
约在10-15m量级时起作用，距离大于0.8×10-15m时为引力；距离小于0.8×10-15m时为斥力，因此核子不会融合在一起；距离为10×10-15m时核力几乎消失3. 核力具有饱和性，即每个核子只跟相邻的核子产生核力作用。
5.3核力与结合能〖教材分析〗本节内容是在学生已经掌握了原子核结构的基础上，探究是什么作业使得质子和中子可以有机地组成一个稳定的整体。
同时对核能的产生进行了探讨，介绍了爱因斯坦的质能方程，为后面学习核裂变和核聚变做出了铺垫。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶了解四种基本相互作用与核力的特点，理解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。
科学思维∶理解引力作用是天体间的力（比较显著），电磁相互作用的表现在分子级别上，强相互作用在原子核，弱相互作用又比原子核小很多的级别上。
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。
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。
〖教学重难点〗教学重点：结合能和比结合能、质量亏损。
教学难点：结合能和比结合能。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入原子核是由中子和质子构成的。
在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢?有某种力，把它们紧密的结合在了一起，这就是核力。
能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
二、新课教学（一）核力与四种基本相互作用1.引力相互作用17世纪下半叶，人们发现了万有引力。
正是万有引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系（动图展示）。
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引力在地球表面附近的一种表现。
2.电磁相互作用动图展示：电荷间、磁体间的相互作用。
从本质上说它们是同一种相互作用的不同表现，这种相互作用称为电磁相互作用或电磁力。
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电磁相互作用。
3.强相互作用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。
短程力：约在10-15m量级时起作用。
4.弱相互作用在某些放射现象中起作用的另一种基本相互作用。
核力与结合能-人教版高中物理选择性必修第三册（2019版）教案一、教学目标1.了解核力的概念及其作用；2.掌握原子核的结构和组成；3.理解核力对原子核稳定性的影响；4.掌握结合能的概念及其计算方法。
二、教学重点1.核力的定义和作用；2.原子核的组成和结构；3.核力对原子核稳定性的影响；4.结合能的概念及其计算方法。
三、教学难点1.核力的作用及其本质；2.原子核稳定性的影响因素。
四、教学内容及方法1. 核力的概念和作用1.讲解核力的定义和性质；2.引导学生理解核力对原子核的束缚作用；3.通过实验、图示等方式，帮助学生了解核力的本质。
2. 原子核的组成和结构1.讲解原子核的组成和结构；2.通过实验、图示等方式，帮助学生了解原子核的形成和稳定性。
3. 核力对原子核稳定性的影响1.讲解核力对原子核稳定性的影响；2.引导学生了解核力的作用机制；3.通过实例分析，帮助学生掌握核力对原子核稳定性的判断。
4. 结合能的概念及其计算方法1.讲解结合能的概念和性质；2.介绍计算结合能的方法；3.通过例题讲解，帮助学生掌握结合能的计算方法。
五、教学过程1.核力的概念和作用根据学生的理解情况，讲解核力的定义和性质，并通过实验和图示，帮助学生了解核力的基本本质和对原子核的束缚作用。
2.原子核的组成和结构根据学生的掌握程度，讲解原子核的组成和结构，并通过实验、图示等方式，帮助学生理解原子核的形成过程和稳定性。
3.核力对原子核稳定性的影响讲解核力对原子核稳定性的影响机制，并通过实例分析，帮助学生掌握核力对原子核稳定性的判断方法。
4.结合能的概念及其计算方法介绍结合能的概念、性质以及计算方法，并通过例题引导学生掌握结合能的计算方法。
六、教学评估通过课堂、作业练习等方式对学生掌握情况进行评估，及时发现和纠正问题，帮助学生提高对核力和结合能的理解和掌握。
七、教学反思1.在讲解核力和原子核结构时，需要根据学生实际情况进行调整，以便更好地理解核力和原子核的本质；2.针对计算结合能等难点，需要采取更加直观的方式进行讲解和引导，以便学生更好地掌握计算方法。
第3节核力与结合能学习目标1．知道四种基本相互作用及核力的概念、特点。
2．理解结合能和比结合能的概念。
3．知道质量亏损，理解爱因斯坦质能方程并能进行有关核能的计算。
预习学案一、核力与四种基本相互作用1．四种基本相互作用（1）引力相互作用：存在于宇宙万物、星体之间，是自然界的一种基本相互作用。
（2）电磁相互作用：间、间的相互作用，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电磁相互作用。
（3）强相互作用：核子之间存在的一种很强的相互作用——核力。
（4）弱相互作用：在某些放射现象中起作用的一种基本相互作用，是引起原子核发生的原因，是一种力。
2．核力（1）定义：原子核中的核子之间存在的一种强相互作用力。
（2）特点：①强相互作用力；②引力；③短程力。
二、结合能质量亏损1．结合能：原子核分裂为核子所的能量或核子结合成原子核而的能量。
2．比结合能：原子核的结合能与之比，也叫作平均结合能。
比结合能越大，原子核中核子结合得越，原子核越。
3．爱因斯坦质能方程：E＝。
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。
课堂学案［典例1］［多选］下列说法正确的是（）A．核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生B．核力不仅在邻近核子间发生，在较远的核子间也存在核力C．质子间、中子间、质子和中子之间都有核力D．核力是一种弱相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多［典例2］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．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大［典例3］已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断14 7N＋42He→17 8O＋11H，这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？（1 u相当于931.5 MeV）（结果保留2位有效数字）达标学案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2．科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用。
5.3核力与结合能【学习目标】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．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。
【学习重点】质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
【学习难点】结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
【学习过程】一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的________间存在着相互作用的核力，________把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
提问：那么核力有怎样特点呢？2．核力特点：（1）核力是______________________的一种表现。
（2）核力是___________力，作用范围在________________m之内。
（3）核力存在于______________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_____________。
（4）核力具有_______________。
对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
3．四种相互作用（1）_________________________。
（2）_________________________。
（3）_________________________。
（4）_________________________。
二、结合能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________，也需要能量，这就是原子核的结合能。
2．组成原子核的核子数越多，结合能_____________。
核力与结合能【学习目标】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．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。
【学习重点】质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
【学习难点】结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
【学习过程】一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的________间存在着相互作用的核力，________把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
提问：那么核力有怎样特点呢？2．核力特点：（1）核力是______________________的一种表现。
（2）核力是___________力，作用范围在________________m之内。
（3）核力存在于______________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_____________。
（4）核力具有_______________。
对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。
3．四种相互作用（1）_________________________。
（2）_________________________。
（3）_________________________。
（4）_________________________。
二、结合能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________，也需要能量，这就是原子核的结合能。
2．组成原子核的核子数越多，结合能_____________。
预习案【自主学习】阅读教材115-118页，大约需要10分钟，读后请思考：1. 同种电荷相排斥，可是，在原子核里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？2. 如何计算比结合能？【自学检测】（答案附后）(多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的是( )A ．核子结合为原子核时，要吸收能量B ．核子结合为原子核时，要释放能量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【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。
）课堂案【合作探究一】从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和相异之处。
（1）它们各自涉及四种基本相互作用中的哪一种？ （2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？【合作探究二】1 u ＝ 1.660 6×10-27kg 。
质量为1u 的物体静止时具有多 少焦耳的能量？等于多少MeV ？课堂练习：教材118页练习2、3、5、6【进阶闯关检测】 A 类基础关1．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 ．核力只存在于中子之间C ．核力只存在于质子之间D ．核力只存在于原子核内部2．关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中不正确的是( ) A ．原子核的结合能等于核子与核子结合成原子核时释放的能量 B ．原子核的结合能等于核子分开时吸收的能量C ．平均结合能是核子与核子结合成原子核时放出的能量与核子数的比值D ．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大3．一个中子与质子发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程为11H ＋10n →21H 。
若该核反应放出的核能为ΔE ，则氘核的比结合能为( )A ．ΔE 4B ．ΔE 3C ．ΔE2D ．ΔEB 类能力关4．质子和中子质量分别为m 1和m 2，当它们结合成氘核时，产生能量E ，并以γ射线的形式放出。
已知普朗克常数为h ，真空中的光速为c ，则氘核的质量和γ射线的频率的表达式分别为( )A ．E c 2－(m 1＋m 2)，E hB ．(m 1＋m 2)－E c 2，E hC ．E c 2＋(m 1＋m 2)，h ED ．E c 2＋(m 1＋m 2)，E h5．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D 。
3核力与结合能〖学习目标〗 1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用.2.了解结合能和比结合能的概念.3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算．一、核力与四种基本相互作用1．核力：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．强相互作用的特点(1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m.(2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15 m，相互作用不存在．3．弱相互作用(1)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．(2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m.4．四种基本相互作用二、结合能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，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定．三、质量亏损1．质能方程物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2.2．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．判断下列说法的正误．(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)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×)(4)比结合能越大，原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大．(×)2．已知α粒子(42He)是由2个质子、2个中子组成的，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mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s.则α粒子的结合能为________．(结果保留两位有效数字)〖答案〗 4.3×10－12 J〖解析〗组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2m p＋2m n)－mαα粒子的结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J.一、核力与四种基本相互作用1．核力(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，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失．(3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生作用．2．四种基本相互作用的作用尺度(1)在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起．(2)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)万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着恒星运行，并且联系着星系团．(多选)对于核力，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．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15m时核力的变化规律更清楚〖答案〗BC〖解析〗核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15m之内，核力比库仑力大得多，选项B正确，A错误；核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们正在奋力攻克的堡垒，选项D错误．二、结合能和比结合能结合能把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量比结合能等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小(2020·济宁一中高二期中)原子核的比结合能曲线如图1所示．根据该曲线，下列判断正确的有()图1A．42He核比63Li核更稳定B．42He核的结合能约为14 MeVC．两个21H核结合成42He核时吸收能量D．235 92U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的大〖答案〗 A〖解析〗比结合能越大，核越稳定，42He核比63Li核比结合能大，则更稳定，选项A正确．根据图像知42He核的比结合能约为7 MeV，所以结合能ΔE＝7×4 MeV＝28 MeV，故B错误．由题图可知21H的比结合能约为1 MeV，则21H核结合能为2 MeV；42He核的比结合能为7 MeV，结合能为28 MeV，则两个21H核结合成42He核时放出能量，选项C错误．由题图图像可知，235 92 U核中核子的平均结合能比8936Kr核中的小，选项D错误．三、质量亏损核能的计算1．质量亏损Δm的理解所谓质量亏损，并不是质量消失，而是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的理解(1)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.(2)运用质能方程时应注意单位．一般情况下，公式中各量都应取国际单位制单位．但在微观领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单位”和“电子伏特”作为质量和能量的单位，1 u对应931.5 MeV能量．命题角度1爱因斯坦质能方程的理解下列有关质能方程的说法中，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．核反应中发生的“质量亏损”是消失的质量转变为能量D．因为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、系统的总能量和总质量并不守恒〖答案〗 B〖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，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，B项正确；核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量突变成运动的质量，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，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误．命题角度2核能的计算一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.672 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放的能量．〖答案〗(1)73Li＋11H→242He(2)2.691×10－12 J〖解析〗(1)该核反应方程为73Li＋11H→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.672 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝2.99×10－29 kg释放的能量ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2 J＝2.691×10－12 J.核能的计算方法1．根据质量亏损计算(1)根据核反应过程，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ΔE＝Δmc2计算核能．①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳．②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV.(1 u相当于931.5 MeV)2．利用比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数，核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．针对训练(多选)在某些恒星内，3个α粒子结合成一个12 6C，12 6C原子核的质量是12.000 0 u，4He原子核的质量是4.002 6 u，已知1 u的质量对应931.5 MeV的能量，则此核反应所释放2的核能约为()A．7.265 7 eV B．5.265 7 eVC．1.16×10－12 J D．1.16×10－9 J〖答案〗AC〖解析〗由爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝7.265 7 MeV＝7.265 7×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，故A、C正确．1．(核力的特点)(多选)关于核力，下列说法中正确的是()A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用C．核力是原子核稳定存在的原因D．核力是一种短程强相互作用〖答案〗CD〖解析〗核力与万有引力、库仑力的性质不同，核力是短程力，是核子间的强相互作用，作用范围约1.5×10－15 m，原子核的半径数量级为10－15 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，故选C、D.2．(结合能、比结合能)下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是()A．核子结合成原子核吸收的能量或把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，因此中等质量原子核的结合能也一定越大C．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D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的大〖答案〗 D〖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，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，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，其结合能比重核小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，核子数又比轻核多，因此中等质量原子核的结合能也比轻核大，D选项正确．3．(质量亏损与质能方程)(2019·扬州市高二检测)假设两个氘核在一直线上相碰发生核反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是m1，中子的质量是m2，氦核同位素的质量是m3，光在真空中的速度为c.(1)写出该核反应的方程式；(2)求该核反应中释放出的能量ΔE.〖答案〗(1)21H＋21H→32He＋10n(2)(2m1－m2－m3)c2〖解析〗(1)根据质量数守恒与电荷数守恒，核反应方程式为：21H＋21H→32He＋10n(2)核反应过程中的质量亏损为：Δm＝2m1－(m2＋m3)该核反应放出的能量为：ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2.4．(质量亏损与质能方程)(2019·全国卷Ⅱ)太阳内部核反应的主要模式之一是质子－质子循坏，循环的结果可表示为411H→42He＋201e＋2ν，已知11H和42He的质量分别为m p＝1.007 8 u和mα＝4.002 6 u,1 u＝931 MeV/c2，c为光速．在4个11H转变成1个42He的过程中，释放的能量约为()A．8 MeV B．16 MeV C．26 MeV D．52 MeV〖答案〗 C〖解析〗核反应质量亏损Δm＝4×1.007 8 u－4.002 6 u＝0.028 6 u，释放的能量ΔE＝0.028 6×931 MeV≈26.6 MeV，选项C正确．。
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ΔmB ．如果物体的质量增加了Δm ，它的能量也一定相应增加Δmc 2C ．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ΔE ，则这些核子与组成的原子核的质量之差就是ΔmABD [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。
