第5章 第3节 核力与核能-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（鲁科版2019）

第3节　核力与核能 【核心素养目标】 物理观念 知道核力、核素、结合能、平均结合能的概念。 科学思维 能够计算核能及质量亏损。 科学态度与责任 知道核能在生产中的应用与核辐射的防护。 一、核力与核的稳定性 1．核力 (1)定义：把原子核中的核子维系在一起的力叫作核力。 (2)特点：核力是强相互作用的一种表现，在原子核的限度内，核力比库仑力大得多。 2．原子核的稳定性 (1)核素：具有一定质子数和中子数的原子核。 (2)核素图：用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图像叫作核素图。 (3)原子核的稳定性。 ①核素的稳定区：稳定的核素几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧，这个区域称为核素的稳定区。 ②稳定核素的中子数和质子数的关系：随着核电荷数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数。 二、四种基本相互作用 1．长程力：引力相互作用和电磁相互作用。 2．短程力：强相互作用和弱相互作用。 3．四种相互作用由强到弱的排列：强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。 三、结合能与平均结合能 1．原子核的结合能：核子结合成原子核所释放的能量。 2．平均结合能：对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能，它等于原子核的结合能与核子数之比。 3．质量亏损与质能方程 (1)质量亏损：任何一个原子核的质量总小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值叫作质量亏损。 学生用书第87页 (2)爱因斯坦质能方程：核子结合成原子核时将有能量放出，结合能的计算公式是ΔE＝Δmc2。 1．判断正误 (1)原子核内的质子间均存在核力和库仑力。(　×　) (2)稳定核素的质子数一定等于中子数。(　×　) (3)核力是短程力。(　√　) (4)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大。(　√　) (5)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定。(　×　) (6)质量亏损是因为这部分质量转化为能量。(　×　) (7)原子核的核子数越多，平均结合能越大。(　×　) 2．链接实景 如图为H和He的原子核结构示意图。 (1)质子都带正电，质子与质子之间存在着库仑斥力，为什么He还能稳定存在？ (2)自然界中存在的元素是有限的，为什么质子与中子不能随意地组合从而形成无数不同的原子核？ 提示：　(1)核子之间还存在着核力作用。 (2)当核子增多时，原子核增大，核子间的距离也增大，当距离较大时，一些核子间可能就没有核力的作用了，这样形成的核不稳定，最终会瓦解。因此质子与中子不能随意地组合形成无数不同的原子核。 知识点一　原子核的稳定性分析 若不断增加原子核的中子数，能不断增大原子核吗？为什么？ 提示：　不能；由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果我们继续增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。 1．核力的性质 (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，距离为10×10－15 m时核力几乎消失。 (3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 (4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 2．原子核中质子与中子的比例关系 (1)较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的原子核，两者相差越多。 (2)形成原因： ①若质子与中子成对地放在一起，人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了。 学生用书第88页 ②若只增加中子，因为中子与其他核子没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核内中子数要比质子数多。 ③由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其之间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的。 (多选)下列说法中正确的是(　　) A．原子核内的核子间均存在核力 B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力 C．相邻中子和质子间的作用力主要是核力 D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用 CD　[核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；相邻中子和质子间的作用力主要是核力，故 C正确；对质子数较多的原子核，由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加，其库仑斥力增加，对于原子核，必须存在较多的中子才