人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE15.3核力與結合能〖學習目標〗1.了解四種基本相互作用,知道核力的特點。2.理解結合能和比結合能的概念。3.知道質量虧損,理解愛因斯坦質能方程并能進行有關核能的計算。〖自主學習〗一、核力與四種基本相互作用1.四種基本相互作用(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。(3)強相互作用：在原子核內,強相互作用將核子束縛在一起,強力是短程力。(4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰變的原因,即引起中子—質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力,其力程比強力更短,作用強度則比電磁力小。2.核力及核力的特點(1)核力:原子核中的核子之間存在一種很強的相互作用,即存在一種核力,它使得核子緊密地結合在一起,形成穩定的原子核。這種作用稱為強相互作用。(2)核力的特點:距離增大時,強相互作用急劇減小,它的作用范圍只有約10-15m,即原子核的大小,超過這個界限,這種相互作用實際上已經不存在了,它是短程力。二、結合能1.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,這就是原子核的結合能。這個能量也是核子結合成原子核而釋放的能量。組成原子核的核子越多,它的結合能越大。2.比結合能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。比結合能越大,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。3.比結合能的特點(1)不同原子核的比結合能是不一樣的。(2)中等大小的核的比結合能最大(平均每個核子的質量虧損最大),這些核最穩定。三、質量虧損1.愛因斯坦質能方程:E=mc2。2.質量虧損原子核的質量小于組成它的核子的質量之和,這個現象叫作質量虧損。質量虧損表明,的確存在著原子核的結合能。小試牛刀1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)核力是強相互作用，在任何情況下都比庫侖力大。 ()(2)弱相互作用是引起原子核β衰變的原因。 ()(3)比結合能越大，原子核越穩定。 ()(4)質能方程E＝mc2表明了質量與能量間的一種對應關系。 ()2．(多選)對核力的認識，下列說法正確的是()A．任何核子之間均存在核力B．每個核子只跟鄰近的核子發生核力作用C．核力只存在于質子之間D．核力只發生在相距1.5×10－15m的核子之間，大于0.8×10－15m為吸引力，而小于0.8×10－15m為斥力3．(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〖重難點剖析〗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,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。(2)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,就可能釋放核能。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。質量虧損與質能方程(1)質量虧損,并不是質量消失。(2)質能方程E=mc2說明一定的質量總是跟一定的能量相聯系的。質能方程揭示了質量和能量的不可分割性,建立了這兩個屬性在數值上的關系,但不等于這兩個量可以相互轉化。(3)根據質能方程,物體的總能量與其質量成正比。物體質量增加,則總能量隨之增加;質量減少,總能量也隨之減少,這時質能方程也寫作ΔE=Δmc2。計算核能的方法(1)根據質量虧損計算核能先計算質量虧損Δm:根據核反應方程,計算核反應前后的質量虧損Δm。再計算核能ΔE:若Δm的單位是千克,則應用ΔE=Δmc2計算核能,ΔE的單位是焦耳;若Δm的單位是u,則應用ΔE=Δm×931.5MeV計算核能,ΔE的單位是MeV。(2)根據能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應的粒子所組成的系統,在核反應過程中的動量和能量是守恒的,因此,利用動量和能量守恒可以計算出核能的變化。(3)利用比結合能來計算核能原子核的結合能=原子核的比結合能×核子數。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,就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能。〖典例精析〗例1．(多選)對原子核的組成，下列說法正確的是()A．核力可使一些中子組成原子核B．核力可使非常多的質子組成原子核C．自然界中存在只有質子的原子核D．質量較大的原子核內一定有中子例2．關于原子核的結合能，下列說法正確的是()A．原子核的比結合能等于將其完全分解成自由核子所需能量的最小值B．原子核衰變成α粒子和另一原子核，并釋放出能量，衰變產物的結合能之和一定小于原來原子核的結合能C．銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結合能D．比結合能越大，原子核越不穩定例3．(多選)對公式ΔE＝Δmc2的理解正確的是()A．如果物體的能量減少了ΔE，它的質量也一定相應減少ΔmB．如果物體的質量增加了Δm，它的能量也一定相應增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰變過程中增加的質量D．在把核子結合成原子核時，若放出的能量是ΔE，則這些核子與組成的原子核的質量之差就是Δm例4．一般理論認為恒星釋放的能量來自于核聚變反應，恒星內部的高溫使原子核高速運動誘發聚變反應。兩個氘核的聚變反應方程為，其中氘核的質量為2.0130u，X核的質量為3.0150u，中子的質量為1.0087u，1u相當于931.5MeV，在兩個氘核以相等的動能0.50MeV進行對心碰撞，并且核能全部轉化為產生粒子的動能的情況下，下列說法正確的是（）A．X為原子核 B．反應后X與中子的速率相等C．反應前核子的比結合能大于反應后核子的比結合能 D．X原子核的動能為0.79MeV

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁小試牛刀1．×√√√2．〖答案〗BD〖解析〗由核力的特點知道，只有相距1.5×10－15m之內的核子之間存在核力，核力發生在核子之間，B、D正確。3．〖答案〗AB〖解析〗核子結合成原子核要放出能量，原子核拆解成核子要吸收能量，A、B正確；比結合能越大的原子核越穩定，但比結合能越大的原子核，其結合能不一定大，例如中等質量原子核的比結合能比重核大，但由于核子數比重核少，其結合能比重核反而小，C、D錯誤。例1．〖答案〗CD〖解析〗由于原子核帶正電，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的質子聚集在一起組成原子核，原因是核力是短程力，質子之間還存在“長程力”——庫侖力，A、B錯誤；自然界中存在只有一個質子的原子核，如eq\o\al(1,1)H，C正確；較大質量的原子核內只有存在一些中子，才能削弱庫侖力，維系原子核的穩定，D正確。例2．〖答案〗C〖解析〗原子核的結合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，故A錯誤；原子核衰變成α粒子和另一原子核，要釋放能量，衰變產物的結合能之和一定大于原來原子核的結合能，故B錯誤；銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的比結合能與鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的比結合能差不多，而銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的核子數小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的核子數，故銫原子核(eq\o\al(133,55)Cs)的結合能小于鉛原子核(eq\o\al(208,82)Pb)的結合能，故C正確；比結合能越大，原子核越穩定，故D錯誤。故選C。例3．〖答案〗ABD〖解析〗一定質量對應于一定的能量，物體的能量減少了ΔE，它的質量也一定相應減少Δm，即發生質量虧損，故選項A、D正確；如果物體的質量增加了Δm，它的能量也一定相應增加Δmc2，故選項B正確；某原子核在衰變時，一定發生質量虧損，故選項C錯誤。例4．〖答案〗D〖解析〗A．根據核反應質量數守恒和電荷數守