5.3.1 核力与结合能 学案 -2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案聚焦核力与结合能，引导学生了解核力性质、四种基本相互作用及结合能、比结合能概念。通过计算质子间库仑斥力与万有引力倍数，引发对原子核稳定原因的思考，搭建从已知力学到核力的学习支架。 以问题链驱动探究，设计核力特点分析、结合能计算等活动，培养科学思维中的科学推理与模型建构能力。结合比结合能曲线分析强化能量观念，检测题涵盖选择与计算，助力学生深化物理观念，提升科学探究素养。

5.3.1核力与结合能 学案 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 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． 【活动方案】 1. 核力 (1)若已知质子质量为mp＝1.67×10-27 kg，带电荷量为元电荷e＝1.6×10-19 C，在原子核内，若两个质子间距离的数量级为10-15 m，G＝6.67×10-11 N·m2/kg2，k＝9.0×109 N·m2/C2．则： ①两个质子之间的库仑斥力是万有引力的多少倍？ ②有的同学认为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力平衡而使原子达到稳定状态”，这种说法正确吗？ ③想一想：质子没有在库仑斥力的作用下飞散，究竟是什么力的作用让它们挤在一起形成原子核的？ (2)核力的特点． ①核力是　　　　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1.5×10-15 m时核力几乎消失. ②核力具有饱和性．核子只对邻近的核子产生较强的引力，而不是与核内所有核子发生作用． ③质子之间存在库仑力，质子与中子、中子与中子之间没有库仑力，那么是不是质子之间存在核力，质子与中子、中子与中子之间没有核力？ (3)对于核子结合成原子核的认识，下列说法正确的是(　　) A. 原子核内的所有的核子间均存在核力 B. 原子核内的所有的质子间均存在库仑力 C. 只有相邻的核子间才有核力和库仑力 D. 两个质子之间不管距离如何，核力总大于库仑力 2. 弱相互作用 物理学家还在原子核内发现了自然界另一种相互作用——弱相互作用，弱相互作用是引起原子核发生　　　　衰变的原因．弱相互作用的强度比电磁力小，也是　　　　程力，其作用范围只有约10-18 m，是作用距离最短的一种力． 3. 四种基本相互作用 相互作用 作用距离 作用 弱相互作用 短程力：约10-18 m 是引起原子核β衰变的原因 强相互作用 短程力：约10-15 m 在原子核内，将核子束缚在一起 电磁相互作用 长程力：无限大 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 万有引力 长程力：无限大 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 想一想：重力、摩擦力、弹力、库仑力、安培力分别是哪种基本相互作用？ 由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体．要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者需要巨大的能量．例如用强大的γ光子照射氘核，可以使它分解为一个质子和一个中子．从实验知道只有当光子能量等于或大于2.22 MeV时，这个反应才会发生．相反地，一个质子和一个中子结合成氘核，则要放出2.22 MeV的能量． 1. 结合能 原子核是由　　　　结合在一起构成的，要把它们分开，需要　　　　能量，若自由的核子结合成原子核，这时则要　　　　能量，这个吸收或释放的能量就叫结合能． 2. 比结合能 原子核的　　　　与　　　　之比，称作比结合能，也叫平均结合能．比结合能越　　　　，原子核就越难拆开，原子核就越　　　　Ｗ．因此，比结合能的大小能够反映原子核的稳定程度．一个质子和一个中子结合成氘核，放出2.22 MeV的能量，则氘核的结合能为　　　　MeV，比结合能为　　　　MeV. 3. 比结合能曲线 如图所示表示的是不同原子核的比结合能随质量数变化的图线． (1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比，比结合能有什么特点？哪种元素的原子核最为稳定？ (2)比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？ (3)下列说法中正确的是(　　) A. 核子结合成原子核时，需吸收能量 B. 任意两个核子之间都存在核力 C. 核子结合成不同的原子核时，所放出的能量相同 D. 使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，吸收的能量是一个恒定值 (4)下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是(　　) A. 核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能 B. 平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大 C. 重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大 D. 中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 (5)当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为(　　) A. 21.04 MeV B. 35.56 MeV　 C. 77.64 MeV D. 92.16 MeV 【检测反馈】 1. 下列关于核力的说法正确的是(　　) A. 核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用 B. 核力就是电磁力 C. 核力是短程力，作用范围在1.5×10-15 m之内 D. 核力与电荷有关 2. 下列判断中正确的是(　　) A. 组成U核的核子中任何两个核子之间都存在不可忽略的核力作用 B. 组成U核的中子中任何两个中子之间都存在不可忽略的核力作用 C. 组成U核的质子中任何两个质子之间都存在不可忽略的库仑斥力作用 D. 组成U核的质子中任何两个质子之间，除库仑斥力外还都存在不可忽略的核力作用 3. 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 4. 一个质子与一个中子结合成一个氘核时释放2.2 MeV的能量，两个中子与两个质子结合成一个氦核时，释放28.3 MeV的能量，现在把两个中子与两个质子先结合成两个氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，那么在整个过程中释放的能量为　(　　) A. 不知道氘核结合成氦核时释放的能量，故无法判断 B. 23.9 MeV C. 26.1 MeV D. 28.3 MeV 5. 原子核的比结合能曲线如图所示．根据该曲线，下列判断正确的是(　　) A. He核的结合能约为14 MeV B. He核比Li核更稳定 C. 两个H核结合成He核时吸收能量 D. U核中核子的平均结合能比Kr核中的大 6. 关于原子核的结合能，下列说法错误的是(　　) A. 原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量 B. 一重核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能 C. 铯原子核（Cs）的结合能小于铅原子核（Pb）的结合能 D. 自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能 7. 原子物理中，质子数和中子数互换的原子核称为镜像核．Li核的镜像核是　　　　（镜像核的元素符号可用X表示）；设Li核质量为mLi，中子质量为mn，质子质量为mp，真空中光速为c，则Li的比结合能是　　　　　　　　　　　 　　　． 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. (1)①带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍． ②不对，两力相差太大，不能平衡，万有引力可以忽略不计． ③核力是原子核里的核子间的相互作用力．核力作用克服了电磁力产生的强大排斥力，把质子和中子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核． (2)①短　③不是．核力是短程力，存在于相邻的核子之间，无论是质子之间、质子与中子之间还是中子之间，都存在核力． (3)B　由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，而库仑力是长程力，所有的质子间均存在库仑力．故B正确． 2. β　短 3. 重力是万有引力，其他都是电磁相互作用． 活动二： 1. 核子　吸收　释放 2. 结合能　核子数　大　稳定　2.22　1.11 3. (1)中等质量的原子核比结合能较大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，比结合能越大，原子核越稳定．所有元素中，铁原子核的比结合能最大，所以铁原子核是最稳定的原子核． (2)释放能量． (3)D　核子结合成原子核时，能放出能量，这个能量就是结合能，A错误．核力是短程力，距离较远的核子间无核力作用，B错误．核子结合成不同的原子核时，所需放出的能量不同，C错误，D正确． (4)D　将原子核拆散成核子所吸收的能量与核子结合成原子核所放出的能量叫结合能．故A错误．比结合能越大，原子核越稳定．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量，则原子核越大，它的结合能越高．故B错误．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能大，而平均结合能比较小．故C错误．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大．故D正确． (5)D　6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.故D正确． 【检测反馈】 1. C　核力是短程力，超过1.5×10-15 m，核力急剧下降几乎消失，故C正确．核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错误．核力与电荷无关，故D错误． 2. C　解析：核力是组成原子核的相邻核子之间存在的特殊的力，它是短程力，超过1.5×10-15 m，核力急剧下降几乎消失，所以并非任何两个核子、质子、中子之间都存在不可忽略的核力作用，故A、B错误；库仑力与距离的平方成反比，所以在距离很小的尺度内库仑力不可忽略，故C正确；由A、B分析可知，D错误． 3. B　分子力作用范围约在10-10 m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10-15 m和10-18 m之内，在分子力作用距离上都不存在．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．故B正确． 4. D　根据题意可知，两个中子和两个质子结合成一个氦核时，释放28.3 MeV的能量；当把两个中子和两个质子先结合成氘核，再把两个氘核结合成一个氦核，整个过程中释放的能量，即为两个中子和两个质子结合成一个氦核时，释放28.3 MeV的能量，故D正确，A、B、C错误． 5. B　由图可知He核的结合能约为28 MeV，A错误；He核比Li核的比结合能大，故He核比Li核稳定，B正确；两个H核结合成He核时比结合能增大，释放能量，C错误；U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，D错误． 6. D　结合能是把核子分开所需的最小能量，A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，释放能量，存在质量亏损，核子比结合能增大，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，B正确；核子数越多，结合能越大，C正确；自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，D错误．故选D. 7. X(或Be)　(4mn＋3mp－mLi)c2 学科网（北京）股份有限公司 $