高中物理原子核原子核的结合能教师用书教科版

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4.原子核的结合能
学 习 目 标 知 识 脉 络

1.知道原子核的结合能及质
量亏损，并能用质能方程进
行计算．(重点、难点)
2.知道比结合能的概念，知
道比结合能越大的原子核越
稳定，了解比结合能曲线的
意义．(重点)

原 子 核 的 结 合 能 及 其 计 算
[先填空]
1．结合能
核子结合成原子核所释放的能量．
2．质能关系式：
(1)物体的能量与其质量的关系式E＝mc2.
(2)能量计算ΔE＝Δmc2.
3．质量亏损
核反应中的质量减少称为质量亏损．
[再判断]
1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×)
2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×)
3．质能方程E＝mc2表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)
[后思考]
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？
【提示】 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．
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1．对质量亏损的理解
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＝Δmc2.
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＝Δmc2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.

1．一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．反应前后质量数不变，但会出质量亏损
D．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
E．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确
【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、D.
【答案】 ACD
2．关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
【导学号：11010045】
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．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的
E．物体的质量减少，总能量也随之减少
【解析】 质能方程E＝mc2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＝Δ
mc
2
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进行计算，故B、D、E对．
【答案】 BDE
3．(2015·江苏高考)取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝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.请计算α粒子的结

合能．(计算结果保留两位有效数字)
【解析】 组成α粒子的核子与α粒子的质量差
Δm＝(2mp＋2mn)－mα
结合能ΔE＝Δmc2
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
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.

比 结 合 能
[先填空]
1．比结合能

原子核的结合能ΔE除以核子数A，ΔEA称为原子核的比结合能，又叫平均结合能．
2．核聚变和核裂变
(1)核聚变：两个轻核结合成较重的单个原子核时会释放能量，这样的过程叫核聚变．两
个氘核的聚变：21H＋21H→21He.
(2)核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出能量，这样的过程叫
核裂变．
[再判断]
1．原子核的核子数越多，比结合能越大．(×)
2．比结合能越大，原子核越稳定．(√)
3．由比结合能曲线可知，核聚变和核裂变两种核反应方式都能释放核能．(√)
[后思考]
裂变反应发生后，裂变反应生成物的质量增加还是减小？为什么？
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【提示】 减小．裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后的质量减小．
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．

4．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
E．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
【解析】 核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量，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，E选项正确．
【答案】 ABE
5．如图3­4­1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 ( )

图3­4­1
A．将原子核A分解为原子核B、C一定放出能量
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
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E．将原子核F、C结合成原子核B时一定吸收能量
【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正确，同理可得B、D错，C、E正确．
【答案】 ACE
6．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α
粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核
时，释放的能量约为________．
【解析】 6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，
3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一
个碳核时，释放能量为
84．9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.
【答案】 92.16 MeV

对比结合能曲线的理解
由曲线可知中等质量的核的比结合能最大，核最稳定．质量较大的重核裂变成中等质量
的核要释放能量，质量较小的轻核聚变时也要释放能量．