核力与结合能(精)

《核力与结合能》讲义一、引入在探索微观世界的旅程中，核力与结合能是两个至关重要的概念。

它们不仅揭示了原子核内部的神秘运作，也在能源、医学、材料科学等众多领域有着广泛而深刻的应用。

二、核力核力，是一种存在于原子核内质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的强大相互作用力。

这种力与我们日常生活中所熟悉的引力和电磁力有很大的不同。

引力在微观尺度上极其微弱，几乎可以忽略不计；电磁力在原子核内，由于质子带正电会产生排斥作用，显然无法将原子核紧紧束缚在一起。

核力是一种短程力，其作用范围在 15×10⁻¹⁵m 之内。

在这个距离内，核力表现得非常强大，远远超过电磁力。

但一旦超出这个范围，核力就迅速减小为零。

核力具有饱和性，也就是说一个核子只与相邻的有限个核子发生相互作用，而不是与原子核内的所有核子都产生同等强度的作用。

此外，核力还具有很强的吸引力。

正是这种强大的吸引力，克服了质子之间的电磁排斥力，使得原子核能够稳定存在。

三、结合能当质子和中子通过核力结合成原子核时，会释放出巨大的能量，这部分能量就被称为结合能。

结合能的大小可以通过爱因斯坦的质能方程 E ＝ mc²来计算，其中E 表示能量，m 表示质量亏损，c 为真空中的光速。

质量亏损是指原子核的质量小于组成它的核子质量之和。

例如，一个氦原子核由两个质子和两个中子组成，而氦原子核的质量小于两个质子和两个中子的质量之和，这部分减少的质量就转化为了结合能。

不同原子核的结合能大小不同。

一般来说，中等质量的原子核结合能较大，原子核比较稳定；而轻核和重核的结合能相对较小，稳定性较差。

四、比结合能为了更准确地衡量原子核的稳定性，引入了比结合能的概念。

比结合能等于结合能除以原子核中的核子数。

比结合能越大，原子核越稳定。

通过对各种原子核的比结合能进行研究，可以发现一个规律：铁原子核的比结合能最大，这意味着铁原子核在所有原子核中是最稳定的。

五、核反应与结合能的变化在核反应中，原子核的组成发生变化，结合能也会随之改变。

§19.5 核力与结合能班级：姓名：学习目标知识与技能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。

过程与方法1.通过核力的发现过程，了解“猜想”在科学探究过程中的重要作用；2.通过对稳定核的质子数与中子数的学习，培养分析问题的能力。

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。

学习重点结合能和比结合能的物理意义学习过程一、核力与四种基本相互作用1.自学问题①20世纪初，人们知道自然界存在万有引力和电磁力这两种基本相互作用，你能算出相同的距离上，两质子间的电磁力是万有引力的多少倍？②是什么作用使质子在原子核内共存？这种作用力有哪些特点？人们对这种相互作用的认识还有哪些有待完善？③第四种基本相互作用就是弱相互作用，它有何作用？有何特点？我的新问题2.自学展示①②③3.典例探究例1（A级）.从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和不同之处（1）它们分别涉及四种基本相互作用的哪一种？（2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？二、原子核中质子和中子的比例1.自学问题①稳定的轻核（原子序数小于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？②稳定的重核（原子序数大于20）的质子数和中子数有何特点？你能分析其中的原因吗？③若不断增大原子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？我的新问题2.自学展示①②③三、结合能1.自学问题①将一个质子和中子结合在一起，会产生什么现象？若要把它们分开，需要什么条件？②结合能是原子具有的能量吗？如何理解结合能？③结合能的大小与什么因素有关？为什么？④什么是比结合能？为什么说比结合能越大，原子核中核子结合越牢固、原子越稳定？我的新问题2.自学展示①②③④四、质量亏损1.自学问题①物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了△m，那么它的能量减小多少？②已知中子的质量m n=1.6749×10-27kg，质子的质量为m p=1.6726×10-27kg，氘核的质量m D=3.3436×10-27kg。