2020年高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能学案新人教版选修3_5

第5节 核力与结合能

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：原子核内核子之间的相互作用力． 2．核力的特点

(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)核力是短程力，作用范围在1.5×10

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m之内．

(3)核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用． 3．四种基本相互作用

二、原子核中质子与中子的比例和结合能 1．轻原子核和重原子核

(1)较轻原子核：质子数和中子数大致相等．

(2)较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多． 2．结合能和比结合能

(1)结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，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为比结合能．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．

三、质量亏损

1．爱因斯坦质能方程：E＝mc．

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＝Δmc．

判一判 (1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．( ) (2)原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的．( ) (3)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大．( )

1

2

2

(4)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．( )

(5)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．( ) 提示：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× 做一做 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，都是物体间的相互作用 B．核力就是电磁力

C．核力是短程力，作用范围在1.5×10D．核力与电荷有关

提示：选C．核力是短程力，超过1.5×10

－15－15

m之内

m，核力急剧下降几乎消失，故选项C正

确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误；核力与电荷无关，故选项D错误．

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？

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．

对核力的理解

1．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距离小于0.8×10

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m数量级时起作用，距离大于0.8×10

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m时为引力，

m时为斥力，距离超过1.5×10 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． 2．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．

2

(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

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m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起

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D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10 m时核力的变化规律更清楚

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[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仑力大得多，因此选项B正确，A错误；核力在大于0.8×10离增大而减小；在距离小于0.8×10

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m之内，核力比库

m时表现为吸引力，且随距

m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，

所以选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，故选项D错误．

[答案] BC

(多选)关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的是( )

A．原子核中质子和中子的个数一定相等 B．稳定的重原子核里，中子数要比质子数多

C．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

D．质子和中子可以组合成任意稳定的核

解析：选BC．因为库仑力是长程力，它作用于核内所有质子，而核力只作用于相邻的核子，随着核子间距离的增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用．因此，随着核子间距离的增加，稳定核的中子数越来越大于质子数．

对结合能和比结合能的理解

1．结合能：要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． 2．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．

3．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．

(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是 ( ) A．核子结合为原子核时，一定释放能量

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B．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

[解题探究] (1)核子结合成原子核时是放出能量还是吸收能量？ (2)结合能越大，原子核越稳定吗？

[解析] 由自由核子结合为原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子越多的原子核的结合能越大，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．

[答案] AD

(1)比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越稳定． (2)结合能ΔE＝nE由核子数和比结合能共同决定．

(3)中等质量的原子核的比结合能较大，因而中等质量的原子核较稳定．

下面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解析：选D．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选项错；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，其结合能反而比重核小，B、C两项错；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选项对．

对质量亏损和质能方程的理解

1．质量亏损：所谓质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成原子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．总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是E＝mc.

2．质能方程E＝mc

(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的．具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和．

(2)质能方程的本质

①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起

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