1、第十九章原子核原子核第五节核力与结合能第五节核力与结合能返回导航第十九章原子核【素养目标定位【素养目标定位】知道核力及其作用过程知道核力及其作用过程了解原子核中质子与中子的比例了解原子核中质子与中子的比例掌握结合能与质量亏损掌握结合能与质量亏损返回导航第十九章原子核【素养思维脉络【素养思维脉络】1 1课前预习反馈课前预习反馈2 2课内互动探究课内互动探究3 3核心素养提升核心素养提升4 4课内随堂达标课内随堂达标5 5课时强化作业课时强化作业返回导航第十九章原子核课前预习反馈课前预习反馈返回导航第十九章原子核核力与四种基本相互作用核力与四种基本相互作用1核力核力组成原子核的组成原子核的_之间存
2、在着一种特殊的力，这种力叫做核之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力。力。2核力的性质核力的性质核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。核力有着完全不同于万有引力和静电力的一些性质。每个相邻核子每个相邻核子知识点知识点 1返回导航第十九章原子核(1)核力是强相互作用核力是强相互作用(强力强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力力_。(2)核力是短程力，作用范围在核力是短程力，作用范围在_m之内，核力在大于之内，核力在大于0.81015 m时表现为时表现为_力，且随距离增大而减小，超过力，且随距离增大而减小，超过1.51015 m，核力急剧下
3、，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于降几乎消失；而在距离小于0.81015 m时，核力表现为时，核力表现为_，因此核子不，因此核子不会融合在一起。会融合在一起。(3)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_。大得多大得多1.51015吸引吸引斥力斥力饱和性饱和性返回导航第十九章原子核3四种基本相互作用四种基本相互作用(1)万有引力万有引力(长程力长程力)(2)电磁相互作用电磁相互作用(长程力长程力)(3)强相互作用强相互作用(短程力短程力)(4)弱相互作用弱相互作用(短程力短程力)返回导航第十九章原子核原子核中质子与中子的比
4、例原子核中质子与中子的比例1较轻的原子核较轻的原子核质子数和中子数质子数和中子数_。2较重原子核较重原子核中子数中子数_质子数，越重的原子核两者相差越多。质子数，越重的原子核两者相差越多。大致相等大致相等知识点知识点 2大于大于返回导航第十九章原子核结合能结合能1结合能结合能核子结合成原子核时核子结合成原子核时_的能量，或原子核分解成核子时的能量，或原子核分解成核子时_的的能量，都叫做原子核的结合能。能量，都叫做原子核的结合能。2比结合能比结合能原子核的结合能与其原子核的结合能与其_之比，称做比结合能。之比，称做比结合能。3比结合能与原子核的稳定性比结合能与原子核的稳定性比结合能的大小能够反映
5、核的稳定程度，比结合能的大小能够反映核的稳定程度，_能越大，原子核就越能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定。难拆开，表示该核就越稳定。放出放出知识点知识点 3吸收吸收核子数核子数比结合比结合返回导航第十九章原子核质能方程质能方程1质量亏损质量亏损组成原子核的组成原子核的_的总质量与新的总质量与新_的质量之差，叫做核的质的质量之差，叫做核的质量亏损。量亏损。2质能方程质能方程E_这就是著名的爱因斯坦质能方程。这就是著名的爱因斯坦质能方程。核子核子知识点知识点 4原子核原子核mc2返回导航第十九章原子核判一判判一判(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的。原子核中的质子是靠自身的万有
6、引力聚在一起的。()(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大多得。核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大多得。()(3)在原子核的组成中，质子数等于中子数。在原子核的组成中，质子数等于中子数。()(4)原子核大到一定程度，原子核就不稳定了。原子核大到一定程度，原子核就不稳定了。()(5)组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。组成原子核的核子越多，它的结合能就越高。()(6)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。()思考辨析思考辨析返回导航第十九章原子核选一选选一选(多选多选)对结合能、比结合能的认识，下列说法正确的
7、是对结合能、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，一定释放能量核子结合为原子核时，一定释放能量B核子结合为原子核时，可能吸收能量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比结合能越大的原子核越稳定解析：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，它需要吸收相应的能量，该能量即为结合之，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，故能，故A正确，正确，B错误；对核子较多的原子核的结
8、合能越大，但它的比结合能不错误；对核子较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，故一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，错误，D正确。正确。AD返回导航第十九章原子核想一想想一想原子核内核子之间存在着强大的核力，为什么核子不能融合在一起？原子核内核子之间存在着强大的核力，为什么核子不能融合在一起？答案：答案：核子间存在核力，当核力的作用范围小于核子间存在核力，当核力的作用范围小于0.81015 m时，核力表现时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。为斥力，因此核子不会融合在一起。返回导航第十九章原子核课内互动探究课内互动探究返回导
9、航第十九章原子核对原子核稳定性的理解对原子核稳定性的理解如图为如图为3H和和3He的原子核结构示意图。的原子核结构示意图。探究探究 一一 思考讨论思考讨论 1返回导航第十九章原子核(1)核子之间都有相互作用的核力，说明核力与电荷有什么关系？核子之间都有相互作用的核力，说明核力与电荷有什么关系？(2)质子之间除了核力外还有什么作用力？质子之间除了核力外还有什么作用力？提示：提示：(1)核力与电荷无关。核力与电荷无关。(2)还有库仑力，万有引力。还有库仑力，万有引力。返回导航第十九章原子核1原子的稳定性原子的稳定性原子核大到一定程度时，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚原子核大到一定程度时
10、，相距较远的质子间的核力非常小，较多的质子聚集在一起的核力不足以平衡它们之间的库仑力，原子核就不稳定了。这时，如集在一起的核力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，中子与其他核子间没有库仑斥果不再成对地增加质子和中子，而只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性。力，但有相互吸引的核力，有助于维系原子核的稳定性。归纳总结归纳总结返回导航第十九章原子核2核力的饱和性核力的饱和性稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子的作用范围是有限稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子的作用范围是
11、有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其的，核力具有饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。所以，原子核大小也受到限制。所以，原子核大小也受到限制。返回导航第十九章原子核核力与带电荷情况无关。无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核核力与带电荷情况无关。无论是质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，且是相同的。力，且是相同的。特别提醒特别提醒返回导航第十九章原子核关于原子核中质子和中子的说法，正确的是关于原子核
12、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原子核都是非常稳定的D由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增由于核力的作用范围是有限的以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在大原子核而仍稳定存在D典例典例 1典例剖析典例剖析返回导航第十九章原子核解题指导：解题指导：解答本题需思考以下两个问题解答本题需思考以下两个问题(1)原子核内的质子数与中子数的分配比例是怎样的？原子核内的质子数与中子数的分配比例是怎样的？(2)原子核能
13、否无节制地增大？原子核能否无节制地增大？解析：解析：原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原原子核中质子数和中子数不一定相等，特别是在原子序数越大的原子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳子核中，中子数比质子数多，且原子序数大的和小的都没有中等质量原子核稳定，故定，故A、B、C错误；又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能错误；又由于核力是短程力及饱和性的特点，使原子核不可能无节制的增大，故无节制的增大，故D正确。正确。返回导航第十九章原子核1关于核力的说法正确的是关于核力的说法正确的是()A核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用核力同
14、万有引力没有区别，都是物体间的作用B核力就是电磁力核力就是电磁力C核力是短程力，作用范围在核力是短程力，作用范围在1.51015 m之内之内D核力与电荷有关核力与电荷有关解析：解析：核力是短程力，超过核力是短程力，超过1.51015 m，核力急剧下降几乎消失，故，核力急剧下降几乎消失，故C正正确，核力与万有引力、电磁力不同，故确，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错误，核力与电荷无关，故错误，核力与电荷无关，故D错错误。误。C对点训练对点训练返回导航第十九章原子核对结合能和比结合能的理解对结合能和比结合能的理解如图所示为原子核的比结合能示意图。如图所示为原子核的比结合能示意图。探究探究 二二
15、 思考讨论思考讨论 2返回导航第十九章原子核(1)比结合能最小的是什么原子核？比结合能最小的是什么原子核？(2)随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？随着质量数的增加，比结合能曲线整体上有什么变化规律？返回导航第十九章原子核1结合能与比结合能：结合能与比结合能：结合能是原子核拆解成核子吸收的能量，而比结合能是原子核拆解成核子结合能是原子核拆解成核子吸收的能量，而比结合能是原子核拆解成核子时平均每个核子吸收的能量。时平均每个核子吸收的能量。归纳总结归纳总结返回导航第十九章原子核2比结合能曲线：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。不同原子核的比结合能随质量数变
16、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。都比中等质量的原子核要小。返回导航第十九章原子核3比结合能与原子核稳定的关系：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。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
17、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。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。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。返回导航第十九章原子核(1)结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的
18、原子核，比结合能结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小。不一定小。(2)核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核的大小与原子核稳定的关系方面：中等大小核的比结合能最大、原子核最稳定。核最稳定。特别提醒特别提醒返回导航第十九章原子核下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有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比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能
19、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中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大解题指导：解题指导：要正确理解结合能和比结合能两个概念。中等质量原子核的比要正确理解结合能和比结合能两个概念。中等质量原子核的比结合能大于重核、轻核的比结合能，但结合能大小由比结合能与原子核内核子结合能大于重核、轻核的比结合能，但结合能大小由比结合能与原子核内核子数的乘积来决定。数的乘积来决定。D典例典例 2典例剖析典例剖析返回导航第十九章原子核解析：解析：核子结合成原子核是放出能量
20、，原子核拆解成核子是吸收能量，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，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，核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此
21、它的结合能也比轻核大，D选选项正确。项正确。返回导航第十九章原子核对点训练对点训练AD返回导航第十九章原子核返回导航第十九章原子核对质量亏损和质能方程的理解对质量亏损和质能方程的理解如图所示是原子核转变示意图。如图所示是原子核转变示意图。(1)在核反应过程中遵循什么规律？在核反应过程中遵循什么规律？(2)核反应过程中质量守恒吗？核反应过程中质量守恒吗？提示：提示：(1)核反应前后质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒核反应前后质量数守恒、电荷数守恒和能量守恒(2)守恒守恒探究探究 三三 思考讨论思考讨论 3返回导航第十九章原子核1对质量亏损的理解对质量亏损的理解(1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守
22、恒，所谓的质量亏损并不是这部分在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。(2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。归纳总结归纳总结返回导航第十九章原子核2对质能方程对质能方程Emc2的理解的理解(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一
23、定的能量相联系的。具体地说，一质能方程说明，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。有的各种能量的总和。(2)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量随之增
24、加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作Emc2。返回导航第十九章原子核(3)质能方程的本质：质能方程的本质：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(质量和质量和能量能量)等同起来；等同起来；质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化；联系决不等于这两个量可以相互转
25、化；质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。所以质量守恒、能量守恒仍成立。返回导航第十九章原子核3核能的计算方法核能的计算方法(1)根据质量亏损计算根据质量亏损计算根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损m。根据爱因斯坦质能方程根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能。计算核能。其中其中m的单位是
26、千克，的单位是千克，E的单位是焦耳。的单位是焦耳。返回导航第十九章原子核返回导航第十九章原子核4根据能量守恒和动量守恒来计算核能根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。的，因此，利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。5利用平均结合能来计算核能利用平均结合能来计算核能原子核的结合能原子核的结合能核子的平均结合能核子的平均结合能核子数。核反应中反应前系统内所核子数。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
27、合能之差，就是该次核反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，就是该次核反应所释放应所释放(或吸收或吸收)的核能。的核能。返回导航第十九章原子核(1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中质量亏损是静止切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射的质量减少，辐射光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒。质量守恒和能量守恒。(2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。特别提醒特别提醒返回导航第十九章原子核(2020
28、辽宁师大附中高二下学期期中辽宁师大附中高二下学期期中)用速度大小为用速度大小为v的中子轰的中子轰击静止的锂核击静止的锂核(Li)，发生核反应后生成氚核和，发生核反应后生成氚核和粒子。生成的氚核速度方向与中粒子。生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反，氚核与子的速度方向相反，氚核与粒子的速度之比为粒子的速度之比为7 8，中子的质量为，中子的质量为m，质子的，质子的质量可近似看成质量可近似看成m，光速为，光速为c。(1)写出核反应方程；写出核反应方程；(2)求氚核和求氚核和粒子的速度大小；粒子的速度大小；(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为若核反应过程中放出的核能全部转化为粒子和氚核的动能，求
29、出质量粒子和氚核的动能，求出质量亏损。亏损。典例典例 3典例剖析典例剖析返回导航第十九章原子核解题指导：解题指导：(1)根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程；根据质量数守恒和电荷数守恒书写核反应方程；(2)根据动量守恒定律求氚核和根据动量守恒定律求氚核和粒子的速度大小；粒子的速度大小；(3)根据核反应过程中释放出的核能求出质量亏损。根据核反应过程中释放出的核能求出质量亏损。返回导航第十九章原子核返回导航第十九章原子核3(2020北京师大附中高二下学期期末北京师大附中高二下学期期末)质子、中子和氘核的质量分别为质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和和m3,当一个质子和一个中子结合成氘核时，
30、释放的能量是当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是(c表示真空中表示真空中的光速的光速)()A(m1m2m3)cB(m1m2m3)cC(m1m2m3)c2D(m1m2m3)c2解析：解析：根据质能方程根据质能方程Emc2知，核反应过程中释放的能量等于质量的减知，核反应过程中释放的能量等于质量的减少量与光速少量与光速c平方的乘积，故选项平方的乘积，故选项C正确。正确。C对点训练对点训练返回导航第十九章原子核核心素养提升核心素养提升返回导航第十九章原子核核反应是释放还是吸收能量有如下两种判断方法：核反应是释放还是吸收能量有如下两种判断方法：(1)根据反应前后的质量变化根据反应前后的质量变化
31、质量亏损质量亏损释放能量；释放能量；质量增加质量增加吸收能量。吸收能量。(2)根据反应前后的比结合能的变化根据反应前后的比结合能的变化比结合能变大比结合能变大释放能量；释放能量；比结合能变小比结合能变小吸收能量。吸收能量。核反应是吸热还是放热的判定法核反应是吸热还是放热的判定法返回导航第十九章原子核(多选多选)如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数如图所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图的关系图像。下列说法中正确的是像。下列说法中正确的是()A若若D、E能结合成能结合成F，结合过程一定要释放能量，结合过程一定要释放能量B若若D、E能结合成能结合成F，结合过程一定要吸收能量，结合过程
32、一定要吸收能量C若若A能分裂成能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量，分裂过程一定要释放能量D若若A能分裂成能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量，分裂过程一定要吸收能量解析：解析：由图可知，由图可知，F原子核的核子的平均质量小，则原子序数较小的核原子核的核子的平均质量小，则原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核结合成原子序数较大的核F时，因时，因F的核子的平均质量小于的核子的平均质量小于D、E核子的平均质核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定要放出核能，所以选项量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定要放出核能，所以选项A正正确，确，B错误；因为错误；因为C、B的核子的平均质量小于的核子的平均质量小于A核子的平均质量，故核子的平均质量，故A分裂成分裂成B、C的过程一定要释放能量，所以选项的过程一定要释放能量，所以选项C正确，正确，D错误。错误。案案 例例AC返回导航第十九章原子核课内随堂达标课内随堂达标返回导航第十九章原子核课时强化作业课时强化作业
