第3节 第2课时 核力与结合能-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦核力、结合能及质能方程，通过³H与³He稳定性等情境问题导入，衔接原子核结构知识，以问题链和教材梳理填空为支架，引导学生自主构建核力特点、结合能概念及质能关系。 其亮点在于以情境探究驱动科学思维，如结合能曲线分析培养模型建构能力，质能方程推导强化科学推理。通过例题解析和分层测评落实物理观念，助力学生深化概念理解与计算能力，为教师提供结构化教学资源，提升课堂效率。

第2课时　核力与结合能 　　　　 第五章 第三节　核力与核反应方程 1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用。　 2.理解结合能和比结合能的概念。　 3.知道原子核的质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算。 素养目标 知识点一　核力及四种基本相互作用 1 知识点二　结合能 2 知识点三　爱因斯坦的质能方程 3 课时测评 5 随堂演练　对点落实 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 知识点一　核力及四种基本相互作用 返回 自主学习 情境导入　如图为3H和3He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3He还能稳定地存在？ 提示：因为质子之间除了存在库仑斥力，还存在核力。 (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种不同的原子核？ 提示：因为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，原子核就不稳定了。 教材梳理 (阅读教材P114完成下列填空) 1．核力：组成原子核的______之间有很强的相互作用力，它使核子能够克服库仑斥力而紧密地结合在一起，这种力被称为核力。核力属于______ _____。 2．强相互作用的特点 强相互作用力是________，在小于0.5×10－15 m的距离内，核力表现为______，在0.5×10－15～2×10－15 m的距离内主要表现为______，在大于2×10－15 m的距离时核力迅速减小为零。 3．四种基本相互作用：强相互作用、__________、电磁相互作用、_____ ______。 核子 强相互 作用 短程力 斥力 引力 万有引力 弱相 互作用 课堂探究 师生互动　任务1.核力的大小与核子是否带电有关吗？ 提示：无关。 任务2.原子核的β衰变属于强相互作用现象还是弱相互作用现象？ 提示：弱相互作用现象。 (多选)对于核力，以下说法正确的是 A．核力是弱相互作用，作用力很小 B．核力是强相互作用的表现，是强力 C．核子之间的距离小于0.5×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起 D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.5×10－15 m时核力的变化规律更清楚 例1 √ √ 核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在2×10－15 m之内，核力比库仑力大得多，选项B正确，A错误；核力在0.5×10－15～2×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，在距离小于0.5×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们奋力攻克的堡垒，选项D错误。 四种基本相互作用 返回 探究归纳 知识点二　结合能 返回 自主学习 情境导入　(1)由于核子间存在核力作用，将原子核拆成单个核子过程中，核力做正功还是做负功，需要消耗能量还是释放能量？ 提示：负功；消耗能量。 (2)结合能就是原子核具有的能量吗？ 提示：不是。 教材梳理 (阅读教材P114－P116完成下列填空) 1．结合能：把原子核拆散成核子，需要克服______做功，也就说需要提供一定的能量。反过来，核子结合成原子核时也会放出一定的能量。我们把这个能量叫作原子核的结合能。 2．比结合能 原子核的结合能与________之比被称为该原子核的比结合能，也叫_____ _______。它反映了一个原子核内核子相互结合的紧密程度，比结合能越大，原子核越______。 核力 核子数 平均 结合能 稳定 课堂探究 师生互动　如图是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线。 任务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？ 提示：由曲线可以看出中等质量的原子核的比结合能较大，原子核最稳定，轻核和重核的比结合能都比中等质量的原子核的比结合能小。 任务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？ 提示：释放能量。 原子核的比结合能随质量数变化的图像如图所示，下列说法正确的是 例2 A．质量数越大的原子核，核子结合得越牢固 √ 结合能的应用技巧 1．组成原子核的核子越多，结合能越大。 2．结合能与核子个数之比称作比结合能，比结合能越大，原子核越稳定。 3．结合能通常只应用于原子核中。 返回 探究归纳 知识点三　爱因斯坦的质能方程 返回 自主学习 情境导入　在原子核的衰变过程中，虽然质量数没有发生变化，但是核反应前后有质量亏损，同时伴有能量的释放，是不是这部分质量消失了或转化为能量了呢？ 提示：不是 教材梳理 (阅读教材P115完成下列填空) 1．公式：ΔE＝_______，式中ΔE为结合能，Δm为质量亏损。 2．意义：核反应中____________与反应中释放的______相对应。 3．理解 (1)对质量亏损Δm的理解 亏损的质量并未转化为能量，只是与反应中释放的能量相对应。亏损质量时，对应成比例的释放一定的能量。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给。 (2)对质能方程ΔE＝Δmc2的理解 根据质能方程，物体质量增加，则总能量随之增加；物体质量减少，总能量也随之减少。物体的总能量与其质量成正比，这时质能方程也写作E＝mc2。 Δmc2 亏损的质量 能量 课堂探究 师生互动　在研究微观粒子时，为方便表示，人们将碳12原子质量的十 二分之一记为原子质量单位u，即1 u＝1.660 6×10－27kg，已知c＝ 2.997 9 m/s，e＝1.602 2×10－19 C，试用ΔE＝Δmc2证明：质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量。 提示：根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2可知，质量亏损1 u对应的能量ΔE＝Δmc2＝1.660 6×10－27×(2.997 9×108)2 J≈1.492 4×10－10 J 又因为1 eV＝1.602 2×10－19 J 则有ΔE＝1.492 4×10－10 J≈931.5 MeV。 (2025·广东深圳高二期末)一个锂核( Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子。已知质子的质量是1.672 6×10－27 kg，锂核的质量是 11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg，光速c＝3× 108 m/s。 (1)写出上述核反应的方程； 例3 核反应的质量亏损Δm＝mLi＋mp－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.672 6× 10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝2.99×10－29 kg 核反应释放的能量ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2 J＝2.691× 10－12 J。 (2)计算上述核反应释放的能量。 答案：2.691×10－12 J 核能的计算方法 1．根据质量亏损计算核能 (1)根据核反应方程，计算核反应过程发生的质量亏损Δm。 (2)根据爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。 ①若Δm的单位是千克，则需要将c＝3×108 m/s代入，计算得到的ΔE的单位为焦耳。 ②若Δm的单位是原子质量单位u，则可用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV(1 u相当于931.5 MeV的能量)。　　 探究归纳 2．利用比结合能计算核能 原子核的结合能＝原子核的比结合能×核子数。核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差就是该核反应释放(或吸收)的核能。 探究归纳 √ 针对练1.下列有关质能方程的说法正确的是 A．爱因斯坦的质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化 B．由ΔE＝Δmc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴藏的能量的量度 C．核反应中发生“质量亏损”的原因是消失的质量转变为能量 D．因为在核反应中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒 ΔE＝Δmc2说明能量和质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，但并不说明能量和质量之间存在相互转化的关系，故A错误，B正确；核反应中发生的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量突变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C错误；在核反应中，质量数守恒，能量也守恒，核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，故D错误。 针对练2.不同的原子核的比结合能是不一样的，比结合能_______(选 越大 释放 17.6 比结合能越大，原子核的结合越牢固，原子核越稳定 聚变反应前的总结合能 E1＝(1.09×2＋2.78×3)MeV＝10.52 MeV 聚变反应后的总结合能 E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV 所以反应释放的核能ΔE＝E2－E1＝17.6 MeV。 返回 随堂演练　对点落实 返回 √ 核力是仅存在于相邻核子间的短程强相互作用力，作用范围的数量级在10－15 m以内，而万有引力在任何有质量的物体间都存在，在小于0.5×10－15 m内，核力表现为斥力，A错误，B、D正确；因为有强大的核力平衡了原子核内质子间的库仑斥力，才使原子核稳定存在，C正确。 1．(多选)关于核力，下列说法中正确的是 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．在小于0.5×10－15 m内，核力表现为斥力 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，其作用范围的数量级在10－15 m以内 √ √ √ 2．(2025·广东湛江高二期末)原子核的比结合能曲线如图所示。根据该曲线，下列判断正确的有 E＝mc2说明物体具有的能量与其质量成正比，A正确；E＝mc2中的E是物体蕴含的能量，不是发生核反应时释放的核能，B错误；根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能，C正确；两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放出核能，根据爱因斯坦的质能方程可知，此过程中出现了质量亏损，D正确。 √ 3．(多选)关于爱因斯坦提出的质能方程ΔE＝Δmc2(E＝mc2)，下列说法正确的是 A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B．E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能 C．根据ΔE＝Δmc2，可以计算核反应中释放的核能 D．两个质子和两个中子结合成一个氦核时，释放出核能，说明此过程中出现了质量亏损 √ √ m1，α粒子的质量为m2，真空中光速为c。 (1)请写出该核反应方程：____________； 该核反应过程质量亏损为Δm＝3m2－m1 根据质能方程ΔE＝Δmc2 可得该核反应释放的核能为ΔE＝(3m2－m1)c2。 (2)这个反应中释放的核能为____________。 (3m2－m1)c2 返回 课 时 测 评 返回 1.将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是 A．万有引力 B．库仑力 C．核力 D．分子力 √ 将中子、质子紧紧束缚在核内，形成稳定原子核的力是核力，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ 核力存在于核子之间，核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错误；核力是短程力，存在于相邻的核子之间，与电荷无关，故C正确， D错误。 2．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，存在于相邻的核子之间 D．核力与电荷有关 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ 核子结合成原子核要放出能量，把原子核拆散成核子时要吸收能量，A错误；比结合能越大的原子核越稳定，但其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核的大，但由于核子数比重核的少，其结合能比重核的小，B、C错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，核子数又比轻核的多，因此中等质量原子核的结合能比轻核的大，D正确。 3．下列关于结合能和比结合能的说法，正确的是 A．核子结合成原子核吸收的能量或把原子核拆散成核子放出的能量称为结合能 B．比结合能越大的原子核越稳定，因此中等质量原子核的结合能也一定大 C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大 D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ 4．如图所示，图线表示原子核的比结合能与质量数A的关系，下列说法正确的是 C．比结合能的定义是原子核的结合能与其核子数之比，比结合能越大的原子核越稳定 D．以上三个表述都错误 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 组成原子核的核子越多，它的比结合能并不是越大；比结合能越大，原子核中的核子结合得越牢固，原子核才越稳定，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ 由不稳定的核变成稳定的核会释放能量，根据质能方程得ΔE＝(m1－m2－m3)c2，故选A。 A．释放的能量为(m1－m2－m3)c2 B．释放的能量为(m2＋m3－m1)c2 C．吸收的能量为(m1＋m2－m3)c2 D．吸收的能量为(m1＋m2＋m3)c2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ 和X粒子的质量分别为mPu＝239.052 1 u、mU＝235.043 9 u和mX＝4.002 6 u，1 u相当于931.5 MeV的能量。则下列说法正确的是 A．X粒子是α粒子，该核反应释放的核能约为5.22 MeV B．X粒子是β粒子，该核反应释放的核能约为5.22 MeV C．X粒子是α粒子，该核反应释放的核能约为3.75 MeV D．X粒子是β粒子，该核反应释放的核能约为3.75 MeV 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 由核反应的质量数和电荷数守恒可知X为 He，质子数为2，该衰变为α衰变，故A错误，B正确；半衰期不受温度、压强的影响，故C错误；若一次衰变过程中的质量亏损为Δm，则该过程放出的核能应为Δmc2，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ A．1.07×10－11 J B．1.61×10－11 J C．3.22×10－11 J D．5.37×10－11 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 核反应后的中子数是3个，所以中子增加2个，则一个铀核 U发生上述核反应，释放的能量为ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2≈3.22×10－11 J，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 10．(15分) H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u。1 u 相当于931.5 MeV的能量，求：(计算结果保留3位有效数字) (1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为 多少？ 答案：放出能量　7.97 MeV 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 核子总质量为mp＋2mn＝1.007 277 u＋2×1.008 665 u＝3.024 607 u 反应后新核的质量为mH＝3.016 050 u 质量亏损为Δm＝3.024 607 u－3.016 050 u＝0.008 557 u 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应释放能量，释放的核能为 ΔE＝0.008 557×931.5 MeV≈7.97 MeV。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 (2)氚核的结合能和比结合能各是多少？ 答案：7.97 MeV　2.66 MeV (3)已知普朗克常量h＝6.63×10－34J·s，如果此能量是以光子形式放出的，则光子的频率是多少？ 答案：1.92×1021 Hz 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 谢 谢 观 看 ！ 第五章 原子与原子核 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B．H核比He核稳定 C．Kr核的结合能大于U核的结合能 D．两个H核结合成He核时释放能量 答案：Li＋H→2He 核反应方程为Li＋H→2He。 填“越大”或“越小”)的原子核越稳定，氘核和氚核的核反应方程为H＋H→He＋n，已知H的比结合能是2.78 MeV，H的比结合能是1.09 MeV，He的比结合能是7.03 MeV，则该核反应所________(选填“释放”或“吸收”)的能量为______ MeV。 A．He核的结合能约为14 MeV B．两个H核结合成He核时释放能量 C．Li核比He核更稳定 D．U核的比结合能比Kr核的大 4．某恒星内部，3个α粒子可结合成一个碳核(C)，已知C的质量为 3He→C 核反应过程中质量数和核电荷数守恒，该核反应方程为3He→C。 5．放射性同位素Li(锂5)是不稳定的，它会分解成一个α粒子和一个质子。已知Li、α粒子、质子的质量分别为m1、m2、m3，真空中光速为c，则上述过程 6．钚的放射性同位素Pu衰变为铀核U和X粒子。已知Pu、U 核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒，该核反应方程为Pu→U＋ He，可知X为α粒子，即He，质量亏损为Δm＝mPu－mU－mα，放出的能量为ΔE＝Δmc2＝(239.052 1－235.043 9－4.002 6)×931.5 MeV≈5.22 MeV，故A正确，B、C、D错误。 7．(2025·广东茂名高三开学考试)核电池寿命长，经常应用在航天领域。某核电池其能量来自钚Pu发生的衰变，反应方程式为 Pu→U＋X。下列说法正确的是 A．该衰变为β衰变 B．X中质子数为2 C．环境温度升高可以加快钚核Pu的衰变 D．若一次衰变过程中的质量亏损为Δm，则该过程放出的核能为Δm2c 8．铀核裂变的产物是多样的，一种典型的铀核裂变是生成钡核和氪核，其核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n。已知铀核质量为390.313 9× 10－27 kg，中子质量为1.674 9×10－27 kg，钡核质量为234.001 6×10－27 kg，氪核质量为152.604 7×10－27 kg，光速c＝3×108 m/s，则该反应释放的能量为 一个质子和两个中子结合成氚核的核反应方程是H＋2n→H反应前各 $