5.3核力與結合能教學設計

課題核力與結合能單元5學科物理年級高二

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。

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

學習高分析、解決問題的能力。

目標

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。

科學態度與責任：學習科學家們嚴謹的科學態度，堅持實事求是，培養學習、探索科學

的興趣和責任。

重點理解核力是短程力，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。

難點理解核力是短程力，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。

教學過程

教學環節教師活動學生活動設計意圖

導入新課原子核的組成

原子核是由質子和中子組成的，質子和中子統

回顧原子

稱為核子．核的組成，思由舊知識引

電荷數=質子數考核子為什么發學生思考，引

質量數=質子數+中子數=核子數能結合成原子出新知識。

同時讓學生

核子靠什么力結合成原子核？核。

明白新舊知識的

原子核的半徑約為10-15m,只相當原子半徑的

關聯。

萬分之一。在這么小的空間里帶正電的質子與質子

間的庫侖斥力是很大，萬有引力太小，只有庫侖力

的10-36。而通常原子核是穩定的，于是核內還應有

另一種力把各種核子緊緊拉在一起，此力稱為核

力。

講授新課一、核力

1、核力：能夠把核中的各種核子聯系在一起

的強大的力叫做核力．思考問

思考：核力具有怎樣的特點呢？題，并給出答

①核力是四種相互作用中的強相互作用（強案。

力）的一種表現。思考的形

式，讓學生明確

②核力是短程力。約在10-15m量級時起作用，

核力的特點。

距離大于0.8×10-15m時為引力,距離為10×10-15m

時核力幾乎消失，距離小于0.8×10-15m時為斥力。

③核力具有飽和性。核子只對相鄰的少數核子

產生較強的引力，而不是與核內所有核子發生作

用。

④核力具有電荷無關性。對給定的相對運動狀

態，核力與核子電荷無關。

要真正了解核子間的相互作用還要考慮核子

的組成物—夸克的相互作用。

2、四種相互作用

明確核力

(1)引力相互作用：引力主要在宏觀和宏觀尺度的特點和四種

上“獨領風騷”。是引力使行星繞著恒星轉,并且聯相互作用的特

系著星系團,決定著宇宙的現狀。萬有引力是長程點。

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。通過練習加

課堂練習1、(多選)下列說法正確的是()完成課堂強學生對核力特

練習。點、四種相互作

A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子

用的特點的理

間發生

解。

B.核力可能是引力,也可能是斥力。核力把核子

緊緊束縛在核內,形成穩定的原子核,但又不會融合

在一起

C.質子間、中子間、質子和中子之間都可能有

核力

D.核力是一種弱相互作用力,在其作用范圍內,

核力比庫侖力大得多

解析：核力作用的范圍在10-15m區域內,只在

鄰近核子間發生,是短程力,A正確;核力可能表現為

引力,也可能表現為斥力,B正確;核力是核子之間的

強相互作用力,C正確;核力是一種強相互作用力,D

錯誤。

答案：ABC

二、結合能

思考討論：如圖氦原子核是由兩個質子和兩個

中子憑借核力結合在一起的，要把它們分開，需要讓學生從能

吸收能量。反過來，4個核子結合成氦原子核要放量守恒的角度思

出能量。考問題，培養學

完成思考

生正確的思考物

題。

理問題的方式。

思考：那么，把核子分開需要的能量與核子結

學生完成思

合放出的能量有什么關系?

考題，通過與同

由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合

學之間的討論，

成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的讓學生能正確理

能量變化．理解結合解結合能的概

例如：能的概念。念。

112

0n1H1H

211

1H1H0n

可見，當核子結合成原子核時要放出一定能

量；原子核分解成核子時，要吸收同樣的能量．這

個能量叫做原子核的結合能．

思考：結合能是原子核具有的能量嗎？

結合能并不是由于核子結合成原子核而具有

的能量，而是為把核子分開而需要的能量。

比結合能：結合能與核子數之比，稱做為比結

結合能和比

合能。也叫平均結合能。

結合能的概念較

比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固,

為抽象，通過闡

原子核越穩定。

述比結合能和原

比結合能曲線

1.子核穩定之間的

不同原子核的比結合能隨質量數變化的圖線關系，讓學生能

如圖所示。學習結合更好的理解記

能和比結合能憶。

的特點。

從圖中可看出,中等質量原子核的比結合能最

大,輕核和重核的比結合能都比中等質量的原子核

要小。

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

完成課堂

較大的原子核時就可能釋放核能。例如一個核子

,,練習。

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。

課堂練習2、下列關于結合能和比結合能的說

法中,正確的有()

A.核子結合成原子核吸收的能量或原子核拆

解成核子放出的能量稱為結合能

B.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

C.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

D.中等質量原子核的結合能和比結合能均比

輕核的要大

解析：核子結合成原子核是放出能量,原子核拆

解成核子是吸收能量,A選項錯誤;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

學習質量

不一定大,例如中等質量原子核的比結合能比重核

虧損的概念。

大,但由于核子數比重核少,其結合能比重核反而

小,B、C選項錯誤;中等質量原子核的比結合能比輕

展示標準的

核的大,它的原子核內核子數又比輕核多,因此它的

解題過程，在平

結合能也比輕核大,D選項正確。

時規范學生的解

答案：D題步驟。

三、質量虧損

1、質量虧損：

原子分解為核子時，質量增加；核子結合成原

子核時，質量減少。原子核的質量小于組成原子核完成例

的核子的質量之和，叫做質量虧損。題。

核子在結合成原子核時出現的質量虧損Δm，

正表明它們在互相結合過程中放出了能量

ΔE=Δm·c2

愛因斯坦質能方程E=mc2

式中c是真空中的光速，m是物體的質量，E是物

體的能量。

-27

例題：已知中子的質量mn為1.6749x10kg,

-27

質子的質量mp為1.6726x10kg,氘核的質量mD

為3.3436x10-27kg，求氘核的比結合能。

解：單個的質子與中子的質量之和為

2727

mpmn(1.67261.6749)10kg3.347510kg

這個數值與氘核質量之差

m(mm)m(3.34753.3436)1027kg3.901030kg

pnD理解質量

與這個質量差相對應的能量為虧損不表示質

Emc23.901030(3.00108)2J3.511013量減少。

在核物理中，能量單位常常使用電子伏特(eV),

19

即1eV1.6010j

所以，氘核的結合能是

3.511013

EeV2.19106eV2.19MeV

1.601019

2.19MeV

1.10MeV通過練習，

氘核的比結合能為2

鞏固基礎知識。

2、有關問題的理解和注意事項

第一、核反應過程中:

核子結合成原子核時，新核質量小于核子的質

量(質量虧損)，同時以光子形式釋放核能；原子

核分解為核子時，需要吸收一定能量，核子的總質

量大于原原子核的質量。

第二、核反應過程中，質量虧損時，核子個完成課堂練

習。

數不虧損(即質量數守恒)，可理解為組成原子核后，

核內每個核子仿佛“瘦了”一些。

第三、質量虧損并非質量消失，而是減少的質

量m以能量形式輻射(動質量，因此質量守恒定律

不被破壞。

第四、公式ΔE=Δm·c2的單位問題

國際單位:m用“kg”C用“m/s”ΔE用“J”

常用單位:m用“u(原子質量單位)”

1u=1.660566×10-27kg

ΔE用“uc2”1uc2=931MeV

(表示1u的質量變化相當于931MeV的能量

改變)

課堂練習3、一靜止的氡核

發生α衰變,放出一個速度為v0,質量為m的α粒子

和一個質量為M的反沖核釙(Po),若氡核發生衰變

時,釋放的能量全部轉化為α粒子和釙核的動能。

(1)寫出衰變方程;

(2)求出反沖核的速度;(計算結果不得使用原子

量表示)

(3)求出這一衰變過程中虧損的質量。(計算結

果不得使用原子量表示)

拓展提高1、氦原子核由兩個質子與兩個中子組成,這兩

個質子之間存在著萬有引力、庫侖力和核力,則三種

力從大到小的順序是()通過練習，鞏固

A.核力、萬有引力、庫侖力完成拓展提基礎知識。

B.萬有引力、庫侖力、核力高。

C.庫侖力、核力、萬有引力

D.核力、庫侖力、萬有引力

解析：核力是核子之間的一種強相互作用,其相

互作用力巨大,遠超過兩個質子之間的庫侖力,兩質

子之間的萬有引力遠小于庫侖力,故選項D正確。