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新課導入
原子核是由中子和質子構成的。在原子核那樣狹小的空間里，是什么力量把帶正電的質子緊緊地束縛在一起而不飛散開呢？
第3節 核力與結合能
[教材鏈接] 閱讀教材“核力與四種基本相互作用”相關內容,完成下列填空:
(1)核力:原子核內　　　　之間的相互作用力.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　　　　　　　.?
(2)核力特點
①核力是　　　相互作用的一種表現,在它的作用范圍內,核力比庫侖力大得多.?
②核力是　　　　　,作用范圍在　　　　　之內.?
學習任務一
學習任務一 核力和四種基本相互作用
10-15 m
核子　
強相互作用　
強　
短程力　
[物理觀念]四種基本相互作用
學習任務一
更短
例1 (多選)對于核力,以下說法正確的是 ( 　)
A.核力是弱相互作用,作用力很小
B.核力是強相互作用,是強力
C.核力是短程力
D.人們對核力的了解很清楚,特別是在小于0.8×10-15 m時,核力的變化規律更清楚
學習任務一
BC
[解析]核力是強相互作用,也是短程力,它的作用范圍在 10-15 m之內,核力比庫侖力大得多,選項B、C正確,A錯誤;
人們對核力的了解還不是很清楚,這是科學家們正在奮力攻克的堡壘,選項D錯誤.
變式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,在其作用范圍內,核力比庫侖力大得多
學習任務一
ABC
[解析]核力作用的范圍在1.5×10-15 m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,C正確;
核力是一種強相互作用,核力比庫化力大的多,D錯誤.
【要點總結】
學習任務一
四種基本相互作用的比較
?
作用對象
特點
作用范圍
舉例
引力相
互作用
一切物體之間
隨距離增大而減弱
長程力,宏觀
重力
電磁相
互作用
電荷間、電流間、磁體間
表現為引力或斥力
長程力,宏觀
彈力、摩擦力
強相互
作用
組成原子核的核子間
距離增大時,急劇減小
短程力,微觀
核力
弱相互
作用
基本粒子之間
距離增大時,急劇減小,比強相互作用小得多
短程力,微觀
基本粒子間的力
學習任務二 結合能
學習任務二
[教材鏈接] 閱讀教材“結合能”相關內容,完成下列填空:
(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　　　　,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　　　　的能量.組成原子核的核子越多,它的結合能　　　　.?
(2)比結合能
原子核的結合能與　　　　　之比稱作比結合能,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　　　　,原子核越　　　　.?
穩定
分開　
釋放　
越大　
核子數　
牢固　
學習任務二 結合能
學習任務二
[物理觀念]
如圖5.3-3，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。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？
????????????????+????????????????→????????????????+????
?
????????????????+????→????????????????+????????????????
?
γ為光子，其能量ε≥27.386MeV，反應才能發生
γ為光子，其能量ε＝27.386MeV
把核子分開需要的能量與核子結合放出的能量相等。
分開氦原子核
核子結合成氦原子核
學習任務二 結合能
學習任務二
[物理觀念]
????????????????????????
?
????????????????????????
?
原子核的比結合能隨質量數的變化曲線（實驗數據）
鐵（Fe）原子的比結合能最大
鐵（Fe）
原子比較穩定
比結合能最高的是鎳-62。只不過鎳-62最終也會衰變成鐵元素，所以我們會習慣性地認為鐵元素的比結合能最高。
例2 關于原子核的結合能和比結合能,下列說法正確的是 (　)
A.組成原子核的核子越多,它的比結合能越大
B.比結合能越小,原子核中核子結合得越牢固,原子核越穩定
C.核子結合成原子核而釋放的能量與把原子核拆分成單個核子需要的能量不同
D.原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開成單個核子,需要的能量就是原子核的結合能
學習任務二
D
[解析] 組成原子核的核子越多,它的結合能越大,比結合能未必越大,A錯誤;
比結合能越大,原子核越穩定,B錯誤;
單個核子結合成原子核而釋放的能量與把原子核拆分成單個核子需要的能量相同,C錯誤;
根據結合能定義可知,原子核是核子憑借核力結合在一起構成的,要把它們分開成單個核子,需要的能量就是原子核的結合能,D正確.
變式2 [2023·合肥八中月考] 原子核的比結合能曲線如圖所示,根據該曲線,下列判斷不正確的是 (　)
A.一個重原子核衰變成α粒子和另一原子核,衰變產物
的結合能之和一定大于原來重核的結合能
B. ?24He核的結合能約為14 MeV
C.中等質量的原子核最穩定
D.兩個?12H核結合成?24He核要釋放能量
?
學習任務二
B
學習任務二
[解析]一重原子核衰變成α粒子和另一原子核,該過程中要釋放能量,所以衰變產物的結合能之和一定大于原來重核的結合能,故A正確,不符合題意;
分析圖像可知?24He核的平均結合能為7 MeV,根據平均結合能的定義可知,24He核的結合能為7 eV×4=28 eV,故B錯誤,符合題意;
中等質量的原子核比結合能最大,最穩定,故C正確,不符合題意;
兩個?12H核結合成?24He核,根據圖像可知?24He核的比結合
能大于?12H核的比結合能,所以生成的?24He核更穩定一些,
能量更低,因此該反應也是一個放熱反應,故D正確,不符
合題意.
?
[教材鏈接]閱讀教材“質量虧損”相關內容,完成下列填空:
(1)愛因斯坦質能方程:　　　　.?
(2)質量虧損:原子核的質量　　　　組成它的核子的質量之和的現象.?
學習任務三 質量虧損
學習任務三
小于
E=mc2　
[物理觀念] (1)質量虧損Δm的理解
所謂質量虧損,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.總之,物體的能量和質量之間存在著密切的聯系,它們之間的關系就是E=mc2.
(2)質能方程E=mc2的理解
①質能方程說明,一定的質量總是跟一定的能量相聯系.物體的總能量和它的質量成正比,即E=mc2.這里所說的總能量,不是單指物體的動能、核能或其他哪一種能量,而是物體所具有的各種能量的總和.
②根據質能方程,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.但不能認為質量與能量之間存在轉化的關系,這時質能方程寫成ΔE=Δmc2.
學習任務三
[物理觀念]
原子核的比結合能隨質量數的變化曲線（實驗數據）
核子平均質量
比結合能
核子的平均結合能隨質量數的變化
z
核子結合成鐵原子核或鐵附近的原子核時，每個核子平均放出的能量大
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。
使較重的核分裂成中等大小的核，比結合能會增加，發生質量虧損，釋放結合能。
學習任務三 質量虧損
學習任務三
例3 下列說法中正確的是 (　)
A.愛因斯坦質能方程反映了物體的質量就是能量,它們之間可以相互轉化
B.由E=mc2可知,能量與質量之間存在著正比關系,可以用物體的質量作為它所蘊藏的能量的量度
C.核反應中發現的“質量虧損”是消失的質量轉變為能量
D.因為在核反應中能產生能量,有質量的轉化,所以系統只有質量數守恒,系統的總能量和總質量并不守恒
學習任務三
B
學習任務三
[解析] E=mc2說明能量和質量之間存在著聯系,即能量與質量成正比關系,但并不說明能量和質量之間存在相互轉化的關系,故A錯誤,B正確;
核反應中的“質量虧損”并不是質量消失,實際上是由靜止的質量變成運動的質量,并不是質量轉變成能量,故C錯誤;
在核反應中,能量守恒,在核反應前后只是能量的存在方式不同,總能量不變,在核反應前后只是物質由靜質量變成動質量,故D錯誤.
例4 (多選)不同的原子核其核子的平均質量m(原子核的質量除以核子數)與原子序數Z的關系如圖所示.下列說法中正確的是 ( 　)
A.隨原子序數的增大,核子的平均質量先減小后增大
B.原子核E的比結合能比原子核F的比結合能大
C.原子核D和E變成原子核F時會有質量虧損,要吸收能量
D.原子核A變成原子核B和C時會有質量虧損,要放出能量
學習任務三
AD
學習任務三
[解析]由圖像可知,隨原子序數的增大核子的平均質量先減小后增大,A正確;
由圖像可知,原子核E的核子的平均質量大于原子核F的核子的平均質量,若從E核轉變為F核,必然存在質量虧損,釋放能量,比結合能增加,故原子核F的比結合能更大,B錯誤;
由圖像可知,原子核D和E的平均質量大于原子核F的平均質量,原子核D和E變成原子核F時,有質量虧損,要釋放出核能,C錯誤;
由圖像可知,原子核A變成原子核B和C時,核子的平均質量
變小,核反應中有質量虧損,釋放出核能,D正確.
變式3 [2023·啟東中學月考] 　?13H的質量是3.016 050 u,質子的質量是
1.007 277 u,中子的質量為1.008 665 u.(質量虧損1 u相當于釋放931.5 MeV的能量)
(1)寫出一個質子和兩個中子結合為氚核的核反應方程;
?
學習任務三
[答案] 11H+201n→13H　
[解析] 一個質子和兩個中子結合成氚核的核反應方程是?11H+201n→13H
?
變式3 [2023·啟東中學月考] 　?13H的質量是3.016 050 u,質子的質量是
1.007 277 u,中子的質量為1.008 665 u.(質量虧損1 u相當于釋放931.5 MeV的能量)
(2)上述核反應過程是吸收還是放出能量?該能量為多少?
?
學習任務三
[答案] 放出能量　7.97 MeV　
[解析]反應前各核子總質量為
mp+2mn=(1.007 277+2×1.008 665) u=3.024 607 u
反應后新核的質量為mH=3.016 050 u
質量虧損為Δm=(3.024 607-3.016 050) u=0.008 557 u
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
釋放的核能為ΔE=0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV.
變式3 [2023·啟東中學月考] 　?13H的質量是3.016 050 u,質子的質量是
1.007 277 u,中子的質量為1.008 665 u.(質量虧損1 u相當于釋放931.5 MeV的能量)
(3)氚核的結合能和比結合能各是多少?
?
學習任務三
[答案] 7.97 MeV　2.66 MeV
[解析]氚核的結合能即為ΔE=7.97 MeV
它的比結合能為Δ????3≈2.66 MeV.
?
⑴結合能：
1、核力與四種基本相互作用
⑴四種相互作用:
⑵核力：
2、結合能
3、質量虧損：
⑵比結合能：
引力相互作用、電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用
能夠把核中的各種核子聯系在一起的強大的力叫做核力。
原子核分解成核子時所吸收的能量。
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。
ΔE＝Δmc2
課堂小結
課后習題
1.從以下幾個方面比較核反應與化學反應的相同和相異之處。 （1）它們各自涉及四種基本相互作用中的哪一種？ （2）每種反應分別改變了或重新安排了什么？
1.(1)核反應涉及四種基本相互作用力中的強相互作用和弱相互作用；化學反應涉及四種基本相互作用力中的電磁相互作用。
(2)核反應改變了原子核；化學反應可以改變核外電子的排列，從而改變分子結構。
課后習題
2.為什么原子核的比結合能越大，原子核越穩定？
2.結合能是為了把原子核中的核子分開所需要的能量，不同的原子核的核子個數不同，核子數多的結合能會高些；而比結合能是平均到一個核子所需要的能量，比結合能越大，說明平均每個核子所需的能量都要多些，所以分開這種原子核更加困難，這種原子核更加穩定。
課后習題
3.生活中，我們常能看到物體的能量發生了變化，為什么覺察不到物體質量發生的變化？
課后習題
4.原子物理中常把碳12原子質量的1/12叫作“原子質量單位”，用1u表示（1u＝1.6606×10-27kg）。請根據E＝mc2證明：lu相當于931.5MeV的能量。已知光速c為2.9979×108m/s，元電荷e為1.6022×10-19C。
課后習題
5.印刷“兩彈一星”這四個字的油墨的質量大約是1μg（10-9kg）。與這些質量相當的能量如果完全用來增加重力勢能，它可以使一架本身質量6000kg、載有60名體重50kg學生的直升機升高多少？
課后習題
6.一個鈾核衰變為釷核時釋放一個α粒子。在這個衰變過程中釋放的能量等于多少焦耳？已知鈾核的質量為3.853131×10-25kg，釷核的質量為3.786567×10-25kg，α粒子的質量為6.64672×10-27kg。

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