第5章 3 核力与结合能(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

3　核力与结合能

[学业要求]

1．了解四种基本相互作用，知道核力的性质。

2．知道原子核的结合能和比结合能的概念。

3．知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算。

一、核力与四种基本相互作用

1．四种基本相互作用

(1)引力相互作用：把行星和恒星聚在一起，组成太阳系、银河系和其他星系，是长程力。

(2)电磁相互作用：宏观物体中包含了大量带负电的电子和带正电的原子核，宏观物体之间的压力、拉力、弹力、支持力等，都起源于这些__电荷间__的相互作用，是长程力。

(3)强相互作用：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，是短程力。

(4)弱相互作用：在某种放射现象中起作用的还有另一种基本相互作用，称为弱相互作用，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，其力程比强相互作用更短，是__短程__力，作用范围只有10－18m。

2．核力

原子核由质子和中子组成，中子和质子靠强大的核力结合在一起。

(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现。

(2)核力是短程力，作用范围在10－15m之内。

二、结合能与质量亏损

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(平均结合能)

原子核的结合能与__核子数__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__牢固__，原子核越__稳定__。__中等大小__的核的比结合能最大，最稳定。

3．质能方程

物体的能量与它们质量的关系是：E＝__mc2__。

4．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．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大

B．弱相互作用是引起原子核β衰变的原因

C．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量

D．比结合能越大，原子核越稳定

答案　BD

2．已知α粒子(He)是由2个质子、2个中子组成的，取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108 m/s。则α粒子的结合能为__4.3×10－12__ J。(计算结果保留2位有效数字)

探究点一　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。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。

　(多选)关于核力，下列说法正确的是(　　)

A．核力是一种特殊的万有引力，存在于原子核内所有的核子间

B．原子核内只有相邻的两个核子间才有核力作用

C．核力是原子核能稳定存在而不“分崩离析”的原因

D．核力是一种短程强相互作用力，其作用的范围仅在1.5×10－15 m内

[解析]　核力是仅存在于相邻核子间的短程强相互作用力，而万有引力在任何有质量的物体间都存在，且远小于核力，A错误，B、D正确；因为有了强大的核力平衡了原子核内质子间的库仑力，才使原子核稳定存在，C正确。

[答案]　BCD

1．(多选)对核力的认识，下列说法正确的是(　　)

A．任何核子之间均存在核力

B．每个核子只跟邻近的核子发生核力作用

C．核力只存在于质子之间

D．核力只发生在相距1.5×10－15 m的核子之间，大于0.8×10－15 m为吸引力，而小于0.8×10－15 m为斥力

解析　由核力的特点知道，只有相距1.5×10－15 m内的核子之间存在核力，核力发生在相邻核子之间。

答案　BD

探究点二　结合能与比结合能

[交流讨论]

1．如果结合能越大就说明把原子核分开，所需要的能量越大，是不是就意味着原子核越稳定？

答案：不是，因为原子核越大，包含的核子个数越多，结合能通常也会越高，但这并不能说明它们稳定。

2．观察教材图5.3­4，比结合能大的原子核稳定还是比结合能小的原子核稳定？

答案：比结合能大的原子核更稳定。

[归纳总结]

1．结合能：要把原子核分开成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量。

2．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。

3．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，中等质量原子核的比结合能最大，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核要小。

4．比结合能与原子核稳定的关系

(1)比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，表示该原子核就越稳定。

(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，比结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，比结合能较大，表示原子核较稳定。

(3)当比结合能较小的原子核转化成比结合能较大的原子核时，就可能释放核能。例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能。

　2020年12月4日14时02分，新一代“人造太阳”装置——中国环流二号M