人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE35.3核力與結合能課題核力與結合能單元5學科物理年級高二學習目標物理觀念：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，提高分析、解決問題的能力。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，質子和中子統稱為核子．電荷數=質子數質量數=質子數+中子數=核子數核子靠什么力結合成原子核？原子核的半徑約為10-15m,只相當原子半徑的萬分之一。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。回顧原子核的組成，思考核子為什么能結合成原子核。由舊知識引發學生思考，引出新知識。同時讓學生明白新舊知識的關聯。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：核力具有怎樣的特點呢？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量級時起作用，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(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。課堂練習1、(多選)下列說法正確的是()A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發生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，需要吸收能量。反過來，4個核子結合成氦原子核要放出能量。思考：那么，把核子分開需要的能量與核子結合放出的能量有什么關系?由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．例如：QUOTE聽01聽01n+QUOTE聽11聽11H→QUOTE聽12聽QUOTE聽12聽12H+γ→QUOTE聽11聽11H+QUOTE聽01聽可見，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，稱做為比結合能。也叫平均結合能。

比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。1.比結合能曲線不同原子核的比結合能隨質量數變化的圖線如圖所示。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。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,B、C選項錯誤;中等質量原子核的比結合能比輕核的大,它的原子核內核子數又比輕核多,因此它的結合能也比輕核大,D選項正確。〖答案〗D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的核子的質量之和，叫做質量虧損。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。例題：課本p1172、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=1.660566×10-27kgΔE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QUOTERn)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)〖解析〗(1)設生成物的原子核為QUOTE聽ZA聽ZAX,根據質量數守恒A=222-4=218,據電荷數守恒Z=86-2=84,即原子序數為84,是釙(Po),核反應方程為QUOTE聽86222聽86222Rn→QUOTE聽84218聽84218PoQUOTE+24+(2)設釙核的反沖速度大小為v,由動量守恒定律,得0=mv0-Mvv=QUOTEmv0Mmv(3)在衰變過程中產生的核能ΔE=QUOTE12mv02+1212mv02+由質能方程ΔE=Δmc2可知質量虧損為Δm=QUOTE。思考問題，并給出〖答案〗。明確核力的特點和四種相互作用的特點。完成課堂練習完成思考題。理解結合能的概念學習結合能和比結合能的特點。完成課堂練習學習質量虧損的概念。完成例題理解質量虧損不表示質量減少。完成課堂練習思考的形式，讓學生明確核力的特點。通過練習加強學生對核力特點、四種相互作用的特點的理解。讓學生從能量守恒的角度思考問題，培養學生正確的思考物理問題的方式。學生完成思考題，通過與同學之間的討論，讓學生能正確理解結合能的概念。結合能和比結合能的概念較為抽象，通過闡述比結合能和原子核穩定之間的關系，讓學生能更好的理解記憶。展示標準的解題過程，在平時規范學生的解題步驟。通過練習，鞏固基礎知識。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()A.核力、萬有引力、庫侖力B.萬有引力、庫侖力、核力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。〖答案〗D2、太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時其質量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J,根據愛因斯坦質能方程,太陽每秒鐘減少的質量最接近()A.1036kg B.1018kg C.1013kg D.109kg〖解析〗由質能方程ΔE=Δmc2,Δm=QUOTEkg=4.4×109kg,D正確。〖答案〗D3、(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〖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、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選項錯誤。〖答案〗AB完成拓展提高通過練習，鞏固基礎知識。課堂小結一、核力二、結合能；比結合能三、質量虧損質能方程E=mc2總結本節課所學習知識。幫助學生梳理基礎知識，形成知識框架。課后反思5.3核力與結合能課題核力與結合能單元5學科物理年級高二學習目標物理觀念：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，提高分析、解決問題的能力。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，質子和中子統稱為核子．電荷數=質子數質量數=質子數+中子數=核子數核子靠什么力結合成原子核？原子核的半徑約為10-15m,只相當原子半徑的萬分之一。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。回顧原子核的組成，思考核子為什么能結合成原子核。由舊知識引發學生思考，引出新知識。同時讓學生明白新舊知識的關聯。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：核力具有怎樣的特點呢？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量級時起作用，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(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。課堂練習1、(多選)下列說法正確的是()A.核力是短程力,作用范圍很小,只在鄰近核子間發生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，需要吸收能量。反過來，4個核子結合成氦原子核要放出能量。思考：那么，把核子分開需要的能量與核子結合放出的能量有什么關系?由于核子間存在著強大的核力，所以核子結合成原子核或原子核分解為核子時，都伴隨著巨大的能量變化．例如：QUOTE聽01聽01n+QUOTE聽11聽11H→QUOTE聽12聽QUOTE聽12聽12H+γ→QUOTE聽11聽11H+QUOTE聽01聽可見，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，稱做為比結合能。也叫平均結合能。

比結合能越大，表示原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定。1.比結合能曲線不同原子核的比結合能隨質量數變化的圖線如圖所示。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。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,B、C選項錯誤;中等質量原子核的比結合能比輕核的大,它的原子核內核子數又比輕核多,因此它的結合能也比輕核大,D選項正確。〖答案〗D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的核子的質量之和，叫做質量虧損。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。例題：課本p1172、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=1.660566×10-27kgΔE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QUOTERn)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)〖解析〗(1)設生成物的原子核為QUOTE聽ZA聽ZAX,根據質量數守恒A=222-4=218,據電荷數守恒Z=86-2=84,即原子序數為84,是釙(Po),核反應方程為QUOTE聽86222聽86222Rn→QUOTE聽84218聽84218PoQUOTE+24+(2)設釙核的反沖速度大小為v,由動量守恒定律,得0=mv0-Mvv=QUOTEmv0Mmv(3)在衰變過程中產生的核能ΔE=QUOTE12mv02+1212mv02+由質能方程ΔE=Δmc2可知質量虧損為Δm=QUOTE。思考問題，并給出〖答案〗。明確核力的特點和四種相互作用的特點。完成課堂練習完成思考題。理解結合能的概念學習結合能和比結合能的特點。完成課堂練習學習質量虧損的概念。完成例題理解質量虧損不表示質量減少。完成課堂練習思考的形式，讓學生明確核力的特點。通