5.3核力与结合能-【堂堂清】2023-2024学年高二物理同步易混易错（人教版2019选择性必修第三册）

第五章 原子核 第三节 核力与结合能 [核心素养·明目标] 核心素养 学习目标 物理观念 知道四种基本相互作用与核力的特点，了解结合能、比结合能和质量亏损的基本观念和相关实验。 科学思维 理解核力是短程力，掌握比结合能和质量亏损，能用质能方程进行计算，提高分析、解决问题的能力。 科学探究 通过教材上的科学推理，掌握其实质，培养科学推理的能力。 科学态度与责任 学习科学家们严谨的科学态度，培养探索科学的兴趣和责任。 知识点一　核力、四种基本相互作用 情景导学： 　如图H和He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还能稳定地存在？ (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？ 答案提示：(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。 1.核力：组成原子核的核子之间存在着一种特殊的力。 2.核力特点： (1)核力是一种强相互作用力，它存在于质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间。 (2)核力是一种短程力，它的作用距离只有10－15 m的数量级．因此，每个核子只能对跟它邻近的少数核子(一般不超过3个)发生显著的相互作用。 (3)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用。 3.四种基本相互作用: 知识点二　结合能与平均结合能 情景导学： 如图所示：图线表示原子核的平均结合能(比结合能)与质量数A的关系。问题探究： (1)重的原子核，是不是平均结合能(比结合能)就一定大？ (2)平均结合能与结合能有什么关系？ (3)什么样的原子核更稳定？ 答案提示：(1)不是，组成原子核的核子越多，它的平均结合能并不是越高。 (2)平均结合能(比结合能)等于原子核的结合能与原子核中核子个数(质量数)的比值。 (3)平均结合能越大的原子核，其核子结合得越牢固，也越稳定。 1.结合能 核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。 2.质量亏损 (1)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损。 (2)结合能的计算：由爱因斯坦质能方程E＝mc2可知，核子结合成原子核时释放的结合能为ΔE＝Δmc2。 3.原子核的质量单位 (1)原子核的质量通常会用u表示，1 u＝1.660 5×10－27 kg。 (2)质量亏损1 u释放931.5MeV的核能。 4.平均结合能 (1)定义：原子核的结合能与其质量数之比称为该核的平均结合能，又称为比结合能。 (2)意义：平均结合能反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子，原子核越稳定。 (3)重核的平均结合能比中等质量核的要小，轻核的平均结合能比稍重的核的要小。 思考与讨论：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？ 答案提示：根据质能关系可知ΔE＝Δmc2，由于光速很大，我们通常看到的物体能量的变化量对应的质量的变化量很小，故我们觉察不到质量发生变化。 易错易混点1.原子的稳定性分析 易错易混点辨析： 1.核力的特点 (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，核子只与相邻的少数核子有较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用。 (3)核力与核子是否带电无关。 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，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，若持续增大原子核，一些核子间的距离会大于核力的作用范围，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。 例1.关于原子核中质子和中子的说法，正确的是(　　) A.原子核中质子数和中子数一定相等