第五章

原子核第3節

核力與結合能課標解讀課標要求素養要求1.知道四種基本相互作用，了解核力的性質。2.認識原子核的結合能和比結合能。3.知道什么是質量虧損，能應用愛因斯坦質能方程進行計算。1.物理觀念：知道四種基本相互作用與核力的特點，了解結合能、比結合能和質量虧損的基本觀念和相關實驗。2.科學思維：理解核力是短程力，掌握比結合能和質量虧損，能用質能方程進行計算，提高分析、解決問題的能力。3.科學探究：通過教材上的科學推理，掌握其實質，培養科學推理的能力。4.科學態度與責任：學習科學家們嚴謹的科學態度，培養探索科學的興趣和責任。要點一結合能原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開，也需要能量，這就是原子核的________①。這個能量也是核子結合成原子核而釋放的能量。原子核的結合能與核子數之比，叫作比結合能，也叫作平均結合能。

結合能①（1）原子核的結合能就是核子結合成原子核時需要的能量，這種說法對嗎？

[答案]不對，原子核是核子憑借核力結合在一起構成的，要把它們分開需要能量，叫結合能。（2）結合能越大的原子核越穩定嗎？

[答案]對于核子較多的原子核，其結合能大，但它的比結合能不一定大，比結合能越大，原子核中核子結合得越牢固，原子核越穩定。所以，比結合能的大小反映了原子核的穩定性。要點二質量虧損原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現象叫作__________②。質量虧損表明，的確存在著原子核的結合能。

質量虧損

提示該同學的說法錯誤，核反應過程中質量數守恒而不是質量守恒。

1.結合能的理解（1）組成原子核的核子越多，結合能越高。（2）結合能與核子數之比稱作比結合能，比結合能越大，原子核越穩定。（3）結合能通常只用在原子核中。

2.質量虧損的理解

探究點一

核力1.四種基本相互作用的理解（1）引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度上“獨領風騷”。是引力使行星繞著恒星轉，并且聯系著星系團，決定著宇宙的現狀。萬有引力是長程力。（2）電磁相互作用：電磁力在原子核外，電磁力使電子不脫離原子核而形成原子，使原子結合成分子，使分子結合成液體和固體，是長程力。

2.核力的理解

（3）核力具有飽和性。核子只跟相鄰的核子產生較強的引力，而不是與核內所有核子發生作用。（4）核力與核子是否帶電無關，質子與質子間、質子與中子間、中子與中子間都可以有核力作用。

BD

探究點二

結合能如圖所示是不同原子核的比結合能隨質量數變化的大致曲線。（1）從圖中看出，中等質量的原子核與重核、輕核相比，比結合能有什么特點？比結合能的大小反映了什么？

[答案]中等質量的原子核比結合能較大，比結合能的大小反映了原子核的穩定性比結合能越大，原子核越穩定。（2）比結合能較小的原子核轉化為比結合能較大的原子核時是吸收能量還是釋放能量？

[答案]釋放能量。1.結合能和比結合能的理解（1）結合能不是核子結合成原子核需要的能量，而是將原子核的核子拆開時需要的能量。（2）比結合能比結合能更有意義，它反映了原子核結合的穩定程度或分裂的難易程度。2.比結合能與原子核穩定的關系（1）比結合能的大小能夠反映原子核的穩定程度，比結合能越大，原子核就越難拆開，表示該原子核就越穩定。（2）核子數較小的輕核與核子數較大的重核，比結合能都比較小，表示原子核不太穩定；中等核子數的原子核，比結合能較大，表示原子核較穩定。（3）當比結合能較小的原子核轉化成比結合能較大的原子核時，就能釋放核能。例如，一個核子數較大的重核分裂成兩個核子數小一些的核，或者兩個核子數很小的輕核結合成一個核子數大一些的核，都能釋放出巨大的核能。例(多選)下列關于結合能和比結合能的說法中，正確的有(

)A.核子結合成原子核時放出能量B.原子核拆解成核子時要吸收能量C.比結合能越大的原子核越穩定，因此它的結合能也一定越大D.重核與中等質量原子核相比較，重核的結合能和比結合能都大

AB

C

探究點三

質量虧損和核能的計算如圖所示是兩個核子數很小的輕核氘、氚結合成一個核子數大一些的氦核，原子核轉變示意圖如圖。（1）在核反應過程中質量數、電荷數是否守恒？

[答案]在核反應中，質量數、電荷數是守恒的。（2）在該核反應過程中會釋放出能量，反應前后原子核的質量是否會發生變化？

[答案]會發生變化，質量會減少。

1.質量虧損的理解（1）在核反應中仍遵守質量守恒和能量守恒，所謂的質量虧損并不是這部分質量消失或質量轉變為能量。（2）物體的質量應包括靜止質量和運動質量。質量虧損是靜止質量的減少，減少的靜止質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了，轉化為和輻射能量相聯系的運動質量。（3）從質量虧損可知，質量是物體具有能量的多少及能量轉化多少的一種量度。

3.核能的計算方法（1）根據質量虧損計算

（2）利用平均結合能來計算原子核的結合能=核子的平均結合能×核子數。（3）利用核反應前后結合能之差來計算核反應中反應前系統內所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該核反應所釋放(或吸收)的核能。

4.判斷核反應過程是釋放能量還是吸收能量的方法（1）根據反應前后質量的變化情況進行判斷：若質量減少即發生了質量虧損，則釋放能量；若質量增加，則吸收能量。（2）根據動能變化判斷：若不吸收光子而動能增加則放出能量。

（1）寫出上述核反應的方程；

（2）計算上述核反應釋放出的能量。

（1）一個質子和兩個中子結合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？

（2）氚核的結合能和比結合能各是多少？

解題感悟核能的兩種單位換算技巧

D

B

B

C

ABC

（1）這一核反應是吸收能量還是放出能量？相應的能量變化為多少？

穩定核的質子數與中子數的關系若質子與中子成對地構建原子核，隨原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力不足以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩定了。若只增加中子，因為中子與其他核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩定，所以穩定的重原子核，其中子數要比質子數多。由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，若再增大原子核，一些核子間的距離會超過核力的作用范圍，這時候再增加中子，形成的核也一定是不穩定的。1.關于原子核中質子和中子的說法，正確的是(

)A.原子核中質子數和中子數一定相等B.穩定的重原子核里，質子數比中子數多C.原子核都是非常穩定的D.由于核力的作用范圍有限、核力具有飽和性，不可能無節制地增大原子核而仍穩定存在

D

1.（2021北京昌平臨川學校高一月考）（多選）下列關于四種基本相互作用的說法正確的是(

)A.萬有引力把行星、恒星等聚在一起形成太陽系、銀河系和其他星系，故萬有引力只存在于天體之間B.四種基本相互作用是獨立存在的，有一種相互作用存在時，就一定不存在其他相互作用C.強相互作用和弱相互作用只存在于微觀粒子之間D.四種基本相互作用的規律有很多相似之處，因此科學家可能建立一種“統一場論”將四者統一起來

CD

2.（多選）關于核力，下列說法中正確的是(

)A.核力是一種特殊的萬有引力B.原子核內只有質子和質子之間有核力作用，而中子和中子之間、質子和中子之間則沒有核力作用C.核力是原子核穩定存在的原因D.核力是一種短程強力作用

CD

[解析]核力是短程力，只存在于相鄰的核子之間，核力是原子核穩定存在的原因，質子和質子間、中子和中子之間、質子和中子之間均有核力作用。3.鐵核的比結合能比鈾核的比結合能大，下列關于它們的說法錯誤的是(

)A.鐵核的結合能大于鈾核的結合能B.鐵核比鈾核穩定C.鈾核發生核變化變成鐵核要放出能量D.鈾核發生核變化變成鐵核質量要虧損

A

[解析]鐵核的比結合能大，則它穩定些，鈾核的比結合能小，變成鐵核會放出核能，出現質量虧損。

B

B

C

B