高中物理人教版教学案：第十九章 第5节 核力与结合能

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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。

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：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1036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）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。

高二物理（19.5核力与结合能）讲学稿班姓名一、学习目标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。

二、学习重点、难点重点:质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。

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。

三、课前预习（一）核力与四种基本相互作用1．核力(1)定义：原子核内__________之间的相互作用力．(2)特点①核力是____________的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力________．②核力是________，作用范围在______________之内．在大于0.8×10－15 m小于1.5×10－15 m的范围内表现为________，在小于0.8×10－15 m时表现为______．③核力的饱和性：每个核子只跟______的核子发生核力作用．2．四种基本的相互作用按照作用距离的长短，可把它们分为：(1)长程力：一种是__________，另一种是电磁力．(2)短程力：一种是______，另一种是______．______是引起原子核β衰变的原因．（二）原子核中质子与中子的比例1．核子比例关系自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致______，但对于较重的原子核，中子数______质子数，越重的原子核，两者相差______．2．形成原因这与核力与电磁力的不同特点有关．原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力________，较多的质子集聚在一起的______不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了．这时，如果不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子没有__________，但有相互吸引的______，所以有助于维系原子核的稳定．（三）结合能与质量亏损1．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时______的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时______的能量．2．比结合能：原子核的结合能与________之比为比结合能，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______，原子核越______，__________的核的比结合能最大、最稳定．3．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程______________．(2)质量亏损：原子核的质量______组成它的核子的质量之和的现象．四、尝试体验【1】如果要把168O分成8个质子和8个中子，需给它多少能量？要把它分为4个42He，需给它多少能量？已知168O的核子平均结合能是7.98 MeV，42He的核子平均结合能是7.07 MeV.【2】用动能为E1＝0.6 MeV的质子轰击静止的锂核73Li，生成了两个α粒子(已知质子、α粒子、锂核的质量分别为m p＝1.0073 u，mα＝4.0015 u，m Li＝7.0160 u)．(1)写出该核反应方程；(2)试计算生成的两个α粒子的动能之和．五、巩固练习1．(2008·高考全国卷Ⅱ)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV 是氘核的结合能．下列说法正确的是()A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量等于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零2．一个铍原子核(74Be)从最靠近核的K层电子轨道上俘获一个电子后发生衰变，生成一个锂核(73Li)，并放出一个不带电的、质量接近零的中微子νe(质量不计)，人们把这种衰变叫做铍核的EC衰变，核反应方程为：74Be＋0－1e―→73Li＋νe.已知一个铍原子质量为m1，一个锂原子质量为m2，一个电子质量为m e，光速为c，则一个铍原子核发生上述核反应释放的能量为A．(m1－m2)c2B．(m1＋m e＋m2)c2C．(m1＋m e－m2)c2D．(m2－m1－m e)c23．一个负电子(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hν，动量分别为p和p′，下面关系中正确的是()A．hν＝mc2，p＝p′B．hν＝12mc2，p＝p′C．hν＝mc2＋E k，p＝－p′D．hν＝12(mc2＋Ek)，p＝－p′4．(2009·南京调研)一静止的23892U核衰变为23490Th核时，只放出一个α粒子，已知23490Th的质量为M T，α粒子质量为Mα，衰变过程中质量亏损为Δm，光在真空中的速度为c，若释放的核能全部转化为系统的动能，求放出的α粒子的初动能．六、师生反思- 1 -。

5 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：（一）引入新课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）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）进行新课1、核力与四种基本相互作用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。

五、核力与结合能【学习目标】1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。

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。

【新知预习】一．核力和四种基本相互作用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．2．核力特点：(1)核力是________相互作用的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．(2)核力是________，作用范围在________之内．(3)每个核子只跟________的核子发生核力作用，这也称为核力的________．3．基本相互作用：(1)长程力：一种是________，另一种是________．(2)短程力：一种________．另一种是________．其中________是引起β衰变的原因．二．核子结合能质量亏损1．原子核中质子与中子的比例：自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致________，但对于较重的原子核，中子数________质子数．越重的元素两者相差________．2．结合能原子核是核子结合在一起构成的，要把它们________ ，需要能量，就是原子核的结合能．3．比结合能原子核的结合能与________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________，原子核越________，________的核的比结合能最大、最稳定．4．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程______________．(2)质量亏损原子核的质量________组成它的核子的质量之和的现象．【导析探究】导析一：核力和四种基本相互作用例1 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．原子核内任意两个核子间都有核力作用C．核力是原子核能稳定存在的原因D．核力是一种短程强相互作用力例2 在下列论断中，正确的是( )A.23892U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略核力的作用B.23892U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略核力的作用C.23892U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略库仑斥力的作用D.23892U核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力之外都存在不可忽略的核力作用导析二：结合能质量亏损例3 31H的质量是3.016050 u，质子的质量是1.007277 u，中子的质量是1.008665 u．求：(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？(3)如果这能量以光子形式放出，则光子的频率是多少？例4 下列说法中正确的是( )A．物体获得一定的能量，质量也相应地增加一定值B．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C．根据ΔE＝Δmc2，可知质量减少能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量D．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能【当堂检测】1．关于核力的说法正确的是( )A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内D．核力与电荷有关2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( ) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在着强大的核力D．核子间存在着复杂磁力3．一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生反应，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损，该聚变过程中( )A．吸收能量，生成的新核是42HeB．放出能量，生成的新核是42HeC．吸收能量，生成的新核是32HeD．放出能量，生成的新核是32He4．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，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．m3c2 B．(m1＋m2)c2C．(m3－m1－m2)c2D．(m2＋m1－m3)c22019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．一带电粒子从电场中的A 点运动到B 点，其运动轨迹如图中虚线所示，若不计粒子所受重力，下列说法中正确的是（ ）A ．粒子带负电荷B ．粒子的初速度不为零C ．粒子在A 点的速度大于在B 点的速度D ．粒子的加速度大小先减小后增大2．嫦娥三号的飞行轨道示意图如图所示．假设嫦娥三号在环月段圆轨道和椭圆轨道上运动时，只受到月球的万有引力．则（ ）A ．嫦娥三号由环月段圆轨道变轨进入环月段桶圆轨道时，应让发动机点火使其加速B ．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上P 点的速度大于Q 点的速度C ．嫦娥三号在环月段椭圆轨道上Q 点的速度大于月段圆轨道的速度D ．若已知嫦娥三号环月段圆轨道的半径、运动周期和引力常量，则可算出月球的密度3．如图所示，质量为m 、长度为L 的导体棒MN 的电阻为R ，初始时，导体棒静止于水平轨道上，电源的电动势为E 、内阻为r 。

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-人教版选修3-5教案一、教学目标1.掌握核力的概念、性质及作用；2.理解原子核的结合能；3.能够计算原子核的结合能。

二、教学重点1.核力的概念、性质及作用；2.原子核的结合能的概念和计算方法。

三、教学难点1.如何理解原子核的结合能。

四、教学过程1. 导入（5分钟）通过介绍通俗易懂的例子，引导学生认识核力的重要性及作用。

2. 讲解核力的概念、性质及作用（10分钟）•核力的概念：核力是一种极强的作用力，只存在于原子核内部，能维持原子核的稳定和紧密结合。

•核力的性质：源于反应堆内的原子核间自发发生的核反应或自然界中核反应产生的裂变和聚变过程。

•核反应的作用：核反应的时候，开天辟地的核能爆发，这份炽热的能量能够推动无数工业生产的进步。

3. 讲解原子核的结合能（10分钟）•原子核的结合能，指原子核中质子和中子的相互作用能量。

•原子核中质子和中子之间存在相互吸引作用，这种相互吸引的力，使核子附着在一起，形成原子核。

•原子核结合能的大小是衡量核稳定性的重要指标。

4. 计算原子核的结合能（30分钟）以氦原子核为例，进行原子核结合能的计算。

氦原子核的核子组成为2个质子和2个中子。

根据式子E=mc^2，计算其中一个质子质量和一个中子质量的能量，然后用全部的4个质子和中子的质量减去这个能量的总和，就得到氦原子核的结合能。

具体可通过学生实践、计算和讨论，达到计算原子核结合能的目的。

5. 小结（5分钟）回顾本次课程的要点，梳理核力与结合能的关系，宣传核能的重要性。

五、课后作业1.回答：什么是核力？它的作用是什么？2.分享：向家人或朋友介绍一些核能的基本知识。

六、教学反思核力与结合能作为物理选修3的一门重要课程，可以培养学生的物理思维和计算能力，培养学生对于科学知识的兴趣和探究精神。

本次课程的组织安排要紧密结合学生的实际情况，让学生明白核能的重要性和作用，培养学生对于核能的正确认识和应用价值。

同时，课程设计上要注意将抽象的物理概念融入生活中，让学生更加容易理解和掌握。

19.5 核力与结合能【重点知识】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。

【基本知识】一、核力与四种基本相互作用1．核力(1)定义：原子核里的间的相互作用力。

(2)作用：把紧紧地束缚在核内，形成稳定的。

2．核力的特点(1)核力是的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力。

(2)核力是，作用范围在 m之内。

核力在大于0.8×10－15m，小于1.5×10－15m 的范围内表现为，在小于0.8×10－15 m时表现为。

(3)每个核子只跟的核子发生核力作用，这种性质称为核力的。

3．四种基本相互作用四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、作用和______作用，在相同距离上，大约比强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。

2．较重原子核：中子数质子数，越重的原子核两者________。

三、结合能与质量亏损1．结合能原子核是凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要，这就是原子核的结合能。

2．比结合能原子核的结合能与之比，称做比结合能，也叫结合能。

比结合能越大，表示原子核中核子结合得越，原子核越。

的核的比结合能最大，最稳定。

【课堂例题】例1、对核力的认识，下列说法正确的是 ( )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间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为斥力例2、如图所示是原子核的平均核子质量A与原子序数Z的关系图像，下列说法正确的是( )A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量C．若C、B能结合成A，结合过程一定要释放能量D．若F、C能结合成B，结合过程一定要释放能量例3、镭核226 88Ra发生衰变放出一个粒子变为氡核222 86Rn。

5 核力与结合能[目标定位] 1.了解四种基本相互作用，知道核力的性质.2.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.3.知道原子核的结合能和比结合能的概念.4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．一、核力与四种基本相互作用1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核．2．核力特点(1)核力是核子间的强相互作用的一种表现，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1.5×1015m之内．(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这也称为核力的饱和性．(4)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．3．四种基本相互作用(1)长程力：万有引力、电磁力，在相同距离上，电磁力要比万有引力强1035倍．(2)短程力：发生在原子核内的强相互作用和弱相互作用．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强力更短，为10－18 m.二、原子核中质子与中子的比例1．较轻原子核：质子数与中子数大致相等．2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．三、结合能与质量亏损1．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个核子时需要的能量；或若干个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量．2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，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．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程：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．(3)亏损的质量与释放的能量间的关系：ΔE＝Δmc2．想一想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？答案不对，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．一、对核力及原子核中质子与中子的比例的理解1．核力的特点：核力是只在邻近的核子之间发生的一种强相互作用，是短程力．2．核子比例关系：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．3．形成原因(1)若质子与中子成对地构建原子核，由于核力是短程力．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，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下列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．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的答案 D解析自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，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．因此正确答案选D.二、结合能与比结合能的理解1．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19－5－1所示．图19－5－1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．当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能．3．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，中等核子数的原子核，比结合能较大，原子核较稳定．例2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答案 D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；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，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．借题发挥结合能、比结合能的对比理解(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．(2)比结合能为结合能与核子数的比值，比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的比结合能大．针对训练一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________________．该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为________________．答案10n＋11H―→21H Q 2解析方程式：10n＋11H―→21H核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能．它的结合能与核子数之比，称作比结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以比结合能为Q2.三、质量亏损和核能的计算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，这时质能方程也写作ΔE ＝Δmc 2. 2．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm . ②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1原子质量单位(u)相当于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3 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 答案 B解析 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H ＋31H →42He ＋10X ，X 为中子，在该反应发生前反应物的总质量m 1＝2.013 6 u ＋3.018 0 u ＝5.031 6 u ，反应后产物总质量m 2＝4.002 6 u ＋1.008 7 u ＝5.011 3 u ．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量，故B 正确．借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前、后质量的变化．若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．由于不明确质量亏损的含义和与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量．例4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：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.对原子核中质子与中子的比例的理解1．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．无法确定答案 C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.对结合能与比结合能的理解2．(2014·北京卷)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中的光速)( )A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2答案 C解析根据质能方程，ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确，A、B、D错误．质量亏损和核能的计算3．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，下列说法中不正确的是( )A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比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答案 D解析爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体能量和质量之间的关系，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．4．一个锂核(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1.673 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.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)答案(1)73 Li＋11H―→242He(2)2.78×10－12 J解析(1)73 Li＋11H―→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg 释放的能量ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J＝2.78×10－12 J(时间：60分钟)题组一对核力及结合能的理解1．下列关于核力的说法正确的是( )A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用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0，故D错．2．(2013·新课标全国卷Ⅱ)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B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 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E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；核子数越多，结合能越大，选项C正确；比结合能也叫平均结合能，比结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E错误．3．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答案AD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．图19－5－2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一定释放能量答案 C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．题组二质量亏损和核能的计算5．对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )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Δmc2C．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，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD解析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，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．6．一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11H＋10n―→21H＋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．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D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确答案AC解析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，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A、C.7．原子质量单位为u，1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )A．(M－m1－m2)u·c2 B．(m1＋m2－M)u×931.5 JC．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 eV答案 C解析在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错．8．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相应的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子B．用能量小于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零答案AD解析用能量小于结合能的光子照射氘核时，氘核一定不能分解，所以A正确、B错误；用能量大于结合能的光子照射氘核时，氘核可能分解，只要分解，分解出的质子和中子动能之和一定不为零(若动能之和为零就分不开了)，所以C错误、D正确．9．氘核和氚核聚变时的核反应方程为21H＋31H→42He＋10n，已知31H的平均结合能是2.78 MeV，21H的平均结合能是1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，则核反应时释放的能量为________MeV.答案17.6解析聚变反应前氘核和氚核的总结合能E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV ＝10.52 MeV.反应后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4 MeV ＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量为 ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6 MeV. 题组三 综合应用10．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的AE X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为________________________________________________________________________． (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X ―→42He ＋42He(或11H ＋73Li ―→42He ＋42He) (2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→42He ＋42He 或11H ＋73Li ―→42He ＋42He. (2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－13（3.0×108）2 kg ＝3.1×10－29kg. 11．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为 1.008 7 u ，质子的质量为1.007 3 u ，氦核的质量为4.002 6 u ，试计算中子和质子生成1 kg 的氦时，要释放出多少核能？答案 6.59×1014J解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1 kg 氦核的个数即可求出释放的总的核能．核反应方程211H ＋210n ―→42He生成一个氦核过程的质量亏损Δm ＝(1.008 7 u ＋1.007 3 u )×2－4.002 6 u ＝0.029 4 u ， 释放的核能ΔE ＝0.029 4×931.5 MeV ＝27.386 MeV 生成1 kg 氦核释放的能量E ＝n ΔE ，E ＝1 0004×6.02×1023×27.386×106×1.6×10－19 J ＝6.59×1014 J. 12．一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27 kg ，1 u 相当于931.5MeV 的能量)(1)写出铀核的衰变反应方程；(2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？ 答案 (1)232 92U ―→228 90Th ＋42He(2)5.50 MeV (3)5.41 MeV解析 (1)232 92U ―→228 90Th ＋42He(2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.005 9 uΔE ＝Δmc 2＝0.005 9×931.5 MeV ＝5.50 MeV(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等，即p Th ＋(－p α)＝0，p Th ＝p α E kTh ＝p 2Th 2m Th ，E k α＝p 2α2m α，E kTh ＋E k α＝ΔE 所以α粒子获得的动能E k α＝m Th m α＋m Th ·ΔE ＝2284＋228×5.5 MeV ＝5.41 MeV。