第5章 第3节 核力与结合能 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第3节　核力与结合能 核心素养导学 物理观念 (1)知道四种基本相互作用，知道核力的性质。 (2)认识原子核的结合能和比结合能的概念。 (3)知道质量亏损和质能方程。 科学思维 能用质量亏损和质能方程计算核能相关的问题。 科学探究 结合能、比结合能与原子核的稳定性的关系。 科学态度与责任 关注核技术应用对人类生活和社会发展的影响。 一、核力与四种基本相互作用 1．引力相互作用：引力把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系，是自然界的一种基本相互作用。 2．电磁相互作用：电荷间的相互作用、磁体间的相互作用，从本质上说是同一种相互作用的不同表现。宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等，都起源于电荷之间的电磁相互作用。 3．强相互作用——核力：存在于原子核内核子之间的一种作用力，是引力、强力、短程力。 4．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，也是短程力，其力程比强相互作用更短，只有10－18 m。 二、结合能　质量亏损 1．结合能 (1)定义：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(平均结合能)：原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 2．质量亏损 (1)爱因斯坦质能方程：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。,1.质子的质量mp＝1.67×10－27 kg，电荷量q＝1.6×10－19C，相距r＝1.0×10－15m的两个质子。 (1)它们的静电力和万有引力分别多大？ (2)这两个质子能否靠万有引力克服静电力排斥而吸在一起？ 提示：(1)由F＝k和F引＝G，分别求得两个质子的静电力约为F＝2.3×102 N，万有引力约为F引＝1.9×10－34 N。 (2)万有引力远小于静电力，故两个质子不能靠万有引力克服静电力排斥而吸在一起。 2．(1)将一个质子和一个中子结合成一个氘核，能量减小了，是否违反了能量守恒定律？为什么？ (2)将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了，是否违反了质量守恒定律？为什么？ 提示：(1)没有违反能量守恒定律；减少的这部分能量以γ光子的形式释放出去。 (2)没有违反质量守恒定律；减小的那部分质量等于γ光子的动质量。 新知学习(一)|对核力的理解 [任务驱动] 如图所示是稳定核的质子数与中子数的关系。实线为中子数与质子数相等的情况，而实际上稳定的原子核质子数与中子数关系是另一条线。(其中Z表示质子数，N表示中子数) (1)在原子核较轻时与较重时有什么区别？ (2)为什么会出现这种现象？ 提示：(1)原子核较轻时中子数与质子数大致相等，而较重时中子数明显多于质子数。 (2)核力是短程力，且有饱和性，较重的原子核中子数比质子数多，能维持稳定。太大的原子核也不稳定，在宇宙演化过程中只有200多种稳定的原子核保留了下来。　　　　 [重点释解] 1．核力的性质 (1)核力是四种基本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，超过这个界限，这种相互作用实际上已经不存在了。距离大于0.8×10－15 m时表现为引力，距离小于0.8×10－15 m时表现为斥力。 (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。 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。 3．四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。 (2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，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)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。 (4)弱相互作用：弱相