第21讲 核力与结合能【帮课堂】2021-2022学年高二物理同步精品讲义（人教版2019选择性必修第三册）

第21讲 核力与结合能 ( 目标导航 ) 课程标准 课标解读 1.了解原子核的组成和核力的性质。知道四种基本相互作用。 2.能根据质量数守恒和电荷守恒写出核反应方程。 1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。 2.了解结合能和比结合能的概念。 3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。 ( 知识精讲 ) 知识点01 核力与四种基本相互作用 1．核力：原子核中的核子之间存在一种很强的相互作用，即存在一种核力，它使得核子紧密地结合在一起，形成稳定的原子核．这种作用称为强相互作用。 2．强相互作用的特点 (1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。 (2)距离增大时，强相互作用急剧减小．超过10－15 m，相互作用不存在。 3．弱相互作用 (1)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 (2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。 4．四种基本相互作用 【知识拓展】 1．核力 (1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现； (2)核力是短程力，约在10－15 m 数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失。 (3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生作用。 2．四种基本相互作用的作用尺度 (1)在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起； (2)在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体； (3)万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着恒星运行，并且联系着星系团。 【即学即练1】下列的若干叙述中，正确的是（　　） A．玻尔根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性 B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较长的方向移 C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用 D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子核内有复杂的结构 【答案】C 【分析】A．德布罗意根据光的波粒二象性，大胆提出假设，认为实物粒子也具有波动性，选项A错误； B．由黑体辐射强度与波长的关系，温度越高，辐射强度的极大值向波长较短的方向移动，选项B错误； C．将核子束缚在原子核内的核力，是不同于万有引力和电磁力的另一种相互作用，选项C正确； D．汤姆逊首先发现了电子，从而说明原子内有复杂的结构，选项D错误。 故选C。 【即学即练2】科学研究表明，自然界存在四种基本相互作用.我们知道分子之间也存在相互作用的引力和斥力，那么分子力实质上是属于 A．引力相互作用 B．电磁相互作用 C．强相互作用和弱相互作用的共同作用 D．四种基本相互作用的共同作用 【答案】B 【分析】分子力作用范围约在数量级上.强相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范围在和之内，在分子力作用范围内强相互作用和弱相互作用都不存在，在分子力作用范围内引力相互作用和电磁相互作用都存在，但由于电磁力远大于万有引力，引力相互作用可以忽略不计，因此分子力本质上属于电磁相互作用. A．引力相互作用，与结论不相符，选项A错误； B．电磁相互作用，与结论相符，选项B正确； C．强相互作用和弱相互作用的共同作用，与结论不相符，选项C错误； D．四种基本相互作用的共同作用，与结论不相符，选项D错误； 故选B. 知识点02 结合能与质量亏损 （一）结合能 1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。 2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大，最稳定。 （三）质量亏损 1．质能方程：物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。 2．质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。 【知识拓展】 1.结合能和比结合能 结合能 把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量 比结合能 等于原子核的结合能与原子核中核子个数的比值，它反映了原子核的稳定程度 比结合能曲线 不同原子核的比结合能随质量数变化图线如图所示 从图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小 2.质量亏损　核能的计算 （1）质量亏损Δm的理解：所谓质量亏损，并不是质量消失，而是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。 2．质能方程E＝mc2的理解 (1)根据质能方程，物体的总能