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原子核是由中子和质子构成的。在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地束缚在一起而不飞散开呢？
第3节 核力与结合能
[教材链接] 阅读教材“核力与四种基本相互作用”相关内容,完成下列填空:
(1)核力:原子核内　　　　之间的相互作用力.它使得核子紧密地结合在一起,形成稳定的原子核.这种作用称为　　　　　　　.?
(2)核力特点
①核力是　　　相互作用的一种表现,在它的作用范围内,核力比库仑力大得多.?
②核力是　　　　　,作用范围在　　　　　之内.?
学习任务一
学习任务一 核力和四种基本相互作用
10-15 m
核子　
强相互作用　
强　
短程力　
[物理观念]四种基本相互作用
学习任务一
更短
例1 (多选)对于核力,以下说法正确的是 ( 　)
A.核力是弱相互作用,作用力很小
B.核力是强相互作用,是强力
C.核力是短程力
D.人们对核力的了解很清楚,特别是在小于0.8×10-15 m时,核力的变化规律更清楚
学习任务一
BC
[解析]核力是强相互作用,也是短程力,它的作用范围在 10-15 m之内,核力比库仑力大得多,选项B、C正确,A错误;
人们对核力的了解还不是很清楚,这是科学家们正在奋力攻克的堡垒,选项D错误.
变式1 (多选)下列说法正确的是 ( 　)
A.核力是短程力,作用范围很小,只在邻近核子间发生
B.核力可能是引力,也可能是斥力.核力把核子紧紧束缚在核内,形成稳定的原子核,但又不会融合在一起
C.质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力
D.核力是一种弱相互作用,在其作用范围内,核力比库仑力大得多
学习任务一
ABC
[解析]核力作用的范围在1.5×10-15 m区域内,只在邻近核子间发生,是短程力,A正确;
核力可能表现为引力,也可能表现为斥力,B正确;
核力是核子之间的强相互作用,C正确;
核力是一种强相互作用,核力比库化力大的多,D错误.
【要点总结】
学习任务一
四种基本相互作用的比较
?
作用对象
特点
作用范围
举例
引力相
互作用
一切物体之间
随距离增大而减弱
长程力,宏观
重力
电磁相
互作用
电荷间、电流间、磁体间
表现为引力或斥力
长程力,宏观
弹力、摩擦力
强相互
作用
组成原子核的核子间
距离增大时,急剧减小
短程力,微观
核力
弱相互
作用
基本粒子之间
距离增大时,急剧减小,比强相互作用小得多
短程力,微观
基本粒子间的力
学习任务二 结合能
学习任务二
[教材链接] 阅读教材“结合能”相关内容,完成下列填空:
(1)结合能
原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们　　　　,也需要能量,这就是原子核的结合能.这个能量也是核子结合成原子核而　　　　的能量.组成原子核的核子越多,它的结合能　　　　.?
(2)比结合能
原子核的结合能与　　　　　之比称作比结合能,也叫平均结合能.比结合能越大,表示原子核中核子结合得越　　　　,原子核越　　　　.?
稳定
分开　
释放　
越大　
核子数　
牢固　
学习任务二 结合能
学习任务二
[物理观念]
如图5.3-3，氦原子核是由两个质子和两个中子凭借核力结合在一起的，要把它们分开，需要吸收能量。反过来，4个核子结合成氦原子核要放出能量。那么，把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？
????????????????+????????????????→????????????????+????
?
????????????????+????→????????????????+????????????????
?
γ为光子，其能量ε≥27.386MeV，反应才能发生
γ为光子，其能量ε＝27.386MeV
把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量相等。
分开氦原子核
核子结合成氦原子核
学习任务二 结合能
学习任务二
[物理观念]
????????????????????????
?
????????????????????????
?
原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
铁（Fe）原子的比结合能最大
铁（Fe）
原子比较稳定
比结合能最高的是镍-62。只不过镍-62最终也会衰变成铁元素，所以我们会习惯性地认为铁元素的比结合能最高。
例2 关于原子核的结合能和比结合能,下列说法正确的是 (　)
A.组成原子核的核子越多,它的比结合能越大
B.比结合能越小,原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定
C.核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量不同
D.原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开成单个核子,需要的能量就是原子核的结合能
学习任务二
D
[解析] 组成原子核的核子越多,它的结合能越大,比结合能未必越大,A错误;
比结合能越大,原子核越稳定,B错误;
单个核子结合成原子核而释放的能量与把原子核拆分成单个核子需要的能量相同,C错误;
根据结合能定义可知,原子核是核子凭借核力结合在一起构成的,要把它们分开成单个核子,需要的能量就是原子核的结合能,D正确.
变式2 [2023·合肥八中月考] 原子核的比结合能曲线如图所示,根据该曲线,下列判断不正确的是 (　)
A.一个重原子核衰变成α粒子和另一原子核,衰变产物
的结合能之和一定大于原来重核的结合能
B. ?24He核的结合能约为14 MeV
C.中等质量的原子核最稳定
D.两个?12H核结合成?24He核要释放能量
?
学习任务二
B
学习任务二
[解析]一重原子核衰变成α粒子和另一原子核,该过程中要释放能量,所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能,故A正确,不符合题意;
分析图像可知?24He核的平均结合能为7 MeV,根据平均结合能的定义可知,24He核的结合能为7 eV×4=28 eV,故B错误,符合题意;
中等质量的原子核比结合能最大,最稳定,故C正确,不符合题意;
两个?12H核结合成?24He核,根据图像可知?24He核的比结合
能大于?12H核的比结合能,所以生成的?24He核更稳定一些,
能量更低,因此该反应也是一个放热反应,故D正确,不符
合题意.
?
[教材链接]阅读教材“质量亏损”相关内容,完成下列填空:
(1)爱因斯坦质能方程:　　　　.?
(2)质量亏损:原子核的质量　　　　组成它的核子的质量之和的现象.?
学习任务三 质量亏损
学习任务三
小于
E=mc2　
[物理观念] (1)质量亏损Δm的理解
所谓质量亏损,并不是质量消失,减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了.反过来,把原子核分裂成核子,总质量要增加,总能量也要增加,增加的能量要由外部供给.总之,物体的能量和质量之间存在着密切的联系,它们之间的关系就是E=mc2.
(2)质能方程E=mc2的理解
①质能方程说明,一定的质量总是跟一定的能量相联系.物体的总能量和它的质量成正比,即E=mc2.这里所说的总能量,不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量,而是物体所具有的各种能量的总和.
②根据质能方程,物体质量增加,则总能量随之增加;质量减少,总能量也随之减少.但不能认为质量与能量之间存在转化的关系,这时质能方程写成ΔE=Δmc2.
学习任务三
[物理观念]
原子核的比结合能随质量数的变化曲线（实验数据）
核子平均质量
比结合能
核子的平均结合能随质量数的变化
z
核子结合成铁原子核或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大
中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。
使较重的核分裂成中等大小的核，比结合能会增加，发生质量亏损，释放结合能。
学习任务三 质量亏损
学习任务三
例3 下列说法中正确的是 (　)
A.爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量,它们之间可以相互转化
B.由E=mc2可知,能量与质量之间存在着正比关系,可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度
C.核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D.因为在核反应中能产生能量,有质量的转化,所以系统只有质量数守恒,系统的总能量和总质量并不守恒
学习任务三
B
学习任务三
[解析] E=mc2说明能量和质量之间存在着联系,即能量与质量成正比关系,但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系,故A错误,B正确;
核反应中的“质量亏损”并不是质量消失,实际上是由静止的质量变成运动的质量,并不是质量转变成能量,故C错误;
在核反应中,能量守恒,在核反应前后只是能量的存在方式不同,总能量不变,在核反应前后只是物质由静质量变成动质量,故D错误.
例4 (多选)不同的原子核其核子的平均质量m(原子核的质量除以核子数)与原子序数Z的关系如图所示.下列说法中正确的是 ( 　)
A.随原子序数的增大,核子的平均质量先减小后增大
B.原子核E的比结合能比原子核F的比结合能大
C.原子核D和E变成原子核F时会有质量亏损,要吸收能量
D.原子核A变成原子核B和C时会有质量亏损,要放出能量
学习任务三
AD
学习任务三
[解析]由图像可知,随原子序数的增大核子的平均质量先减小后增大,A正确;
由图像可知,原子核E的核子的平均质量大于原子核F的核子的平均质量,若从E核转变为F核,必然存在质量亏损,释放能量,比结合能增加,故原子核F的比结合能更大,B错误;
由图像可知,原子核D和E的平均质量大于原子核F的平均质量,原子核D和E变成原子核F时,有质量亏损,要释放出核能,C错误;
由图像可知,原子核A变成原子核B和C时,核子的平均质量
变小,核反应中有质量亏损,释放出核能,D正确.
变式3 [2023·启东中学月考] 　?13H的质量是3.016 050 u,质子的质量是
1.007 277 u,中子的质量为1.008 665 u.(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量)
(1)写出一个质子和两个中子结合为氚核的核反应方程;
?
学习任务三
[答案] 11H+201n→13H　
[解析] 一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是?11H+201n→13H
?
变式3 [2023·启东中学月考] 　?13H的质量是3.016 050 u,质子的质量是
1.007 277 u,中子的质量为1.008 665 u.(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量)
(2)上述核反应过程是吸收还是放出能量?该能量为多少?
?
学习任务三
[答案] 放出能量　7.97 MeV　
[解析]反应前各核子总质量为
mp+2mn=(1.007 277+2×1.008 665) u=3.024 607 u
反应后新核的质量为mH=3.016 050 u
质量亏损为Δm=(3.024 607-3.016 050) u=0.008 557 u
因反应前的总质量大于反应后的总质量,故此核反应放出能量
释放的核能为ΔE=0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV.
变式3 [2023·启东中学月考] 　?13H的质量是3.016 050 u,质子的质量是
1.007 277 u,中子的质量为1.008 665 u.(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量)
(3)氚核的结合能和比结合能各是多少?
?
学习任务三
[答案] 7.97 MeV　2.66 MeV
[解析]氚核的结合能即为ΔE=7.97 MeV
它的比结合能为Δ????3≈2.66 MeV.
?
⑴结合能：
1、核力与四种基本相互作用
⑴四种相互作用:
⑵核力：
2、结合能
3、质量亏损：
⑵比结合能：
引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用
能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力叫做核力。
原子核分解成核子时所吸收的能量。
原子分解为核子时，质量增加；核子结合成原子核时，质量减少。原子核的质量小于组成原子核的核子的质量之和，叫做质量亏损。
ΔE＝Δmc2
课堂小结
课后习题
1.从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和相异之处。 （1）它们各自涉及四种基本相互作用中的哪一种？ （2）每种反应分别改变了或重新安排了什么？
1.(1)核反应涉及四种基本相互作用力中的强相互作用和弱相互作用；化学反应涉及四种基本相互作用力中的电磁相互作用。
(2)核反应改变了原子核；化学反应可以改变核外电子的排列，从而改变分子结构。
课后习题
2.为什么原子核的比结合能越大，原子核越稳定？
2.结合能是为了把原子核中的核子分开所需要的能量，不同的原子核的核子个数不同，核子数多的结合能会高些；而比结合能是平均到一个核子所需要的能量，比结合能越大，说明平均每个核子所需的能量都要多些，所以分开这种原子核更加困难，这种原子核更加稳定。
课后习题
3.生活中，我们常能看到物体的能量发生了变化，为什么觉察不到物体质量发生的变化？
课后习题
4.原子物理中常把碳12原子质量的1/12叫作“原子质量单位”，用1u表示（1u＝1.6606×10-27kg）。请根据E＝mc2证明：lu相当于931.5MeV的能量。已知光速c为2.9979×108m/s，元电荷e为1.6022×10-19C。
课后习题
5.印刷“两弹一星”这四个字的油墨的质量大约是1μg（10-9kg）。与这些质量相当的能量如果完全用来增加重力势能，它可以使一架本身质量6000kg、载有60名体重50kg学生的直升机升高多少？
课后习题
6.一个铀核衰变为钍核时释放一个α粒子。在这个衰变过程中释放的能量等于多少焦耳？已知铀核的质量为3.853131×10-25kg，钍核的质量为3.786567×10-25kg，α粒子的质量为6.64672×10-27kg。

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