PAGEPAGE8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。自主學習·必備知識教材研習教材原句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，這就是原子核的結合能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。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，這個現象叫作質量虧損②。質量虧損表明，的確存在著原子核的結合能。自主思考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？（2）結合能越大的原子核越穩定嗎？答案：提示（1）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）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。②用α粒子轟擊鈹(49Be答案：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。名師點睛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（1）質量虧損并不是質量消失，減少的質量在核子結合成核的過程中以能量的形式輻射出去了。反過來，把原子核分裂成核子，總質量要增加，總能量也要增加，增加的能量要由外部供給。（2）質量虧損只有在核反應中才能明顯地表現出來。（3）Δm是核反應前與核反應后的質量之差。互動探究·關鍵能力探究點一核力知識深化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。（3）強相互作用：在原子核內，將核子束縛在一起，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，其力程比強相互作用更短，為10-182.核力的理解（1）核力是四種相互作用中的強相互作用（強力）的一種表現。（2）核力是短程力，約在10-15m數量級時起作用，距離大于0.8×10-15m（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。題組過關1.（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.核力只發生在相距為1.5×10-15m的核子之間，大于0.8×答案：B;D解析：由核力的特點知道，核力的作用范圍只有約10-15探究點二結合能情境探究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？（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：提示（1）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）釋放能量。探究歸納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。探究應用例(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答案：A;B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兩項正確；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的大，但由于核子數比重核的少，其結合能比重核的小，C、D兩項錯誤。遷移應用1.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(55133CsD.比結合能越大，原子核越不穩定答案：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項錯誤；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項錯誤；銫原子核(55133Cs)的核子數小于鉛原子核(82208Pb)的核子數，故銫原子核探究點三質量虧損和核能的計算情境探究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？（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：提示（1）在核反應中，質量數、電荷數是守恒的。（2）會發生變化，質量會減少。探究歸納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。2.質能方程E=mc（1）質能方程說明一定的質量總是跟一定的能量相聯系。具體地說，一定質量的物體所具有的總能量是一定的。E=mc（2）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，這時質能方程也寫成ΔE=Δmc3.核能的計算方法（1）根據質量虧損計算①根據愛因斯坦質能方程ΔE=Δmc2計算。其中Δm的單位是千克，②利用原子質量單位u和電子伏特計算。1原子質量單位(u)相當于931.5?MeV的能量，ΔE=Δm×931.5?MeV，其中Δm的單位為u，（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。探究應用例1一個鋰核(37Li)受到一個質子的轟擊，變成兩個α粒子。已知質子的質量是1.6726×10（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。答案：（1）?（2）2.691×解析：（1）?（2）核反應的質量虧損Δm=代入數據得Δm=2.99×釋放的能量ΔE=Δm例2?13H的質量是3.016050?u，質子的質量是1.007277?u，中子的質量為1.008665?（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？答案：（1）放出能量7.97?MeV（2）解析：（1）一個質子和兩個中子結合成氚核的反應方程為?反應前各核子總質量為m反應后新核的質量為m質量虧損為Δm=(3.024607-3.016050)因反應前的總質量大于反應后的總質量，故此核反應放出能量釋放的能量為ΔE=0.008557×931.5?（2）氚核的結合能為ΔE=7.97?它的比結合能為ΔE解題感悟核能的兩種單位換算技巧（1）若以kg為質量虧損Δm的單位，則計算時應用公式ΔE=Δmc2，核能的單位為（2）若以原子質量單位“u”為質量虧損Δm的單位，則ΔE=Δm×931.5?MeV，核能的單位為MeV（3）兩種單位的換算：1?MeV遷移應用1.（2021天津河西高三期中）關于質能方程E=mcA.質量和能量可以相互變化B.當物體向外釋放能量為ΔE時，其質量必定增加Δm，滿足ΔE=ΔmC.物體的核能可以用mcD.mc答案：D解析：mc2是物體所蘊藏能量的總和，不表示核能，質量和