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教师用书（粤教版）

本讲义聚焦核力与结合能核心内容，系统梳理核力的概念特点及四种基本相互作用，衔接结合能与比结合能的内涵，进而通过质量亏损阐释质能方程的应用，构建从微观相互作用到能量转化的完整学习支架。 资料以情境导入（如3H和3He结构问题）激发思考，通过师生互动任务（如核力与带电关系讨论）培养科学思维，结合例题与针对练强化物理观念。课中助力教师引导学生深化理解，课后学生可通过练习巩固知识，有效查漏补缺。

第2课时　核力与结合能 【素养目标】　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。 知识点一　核力及四种基本相互作用 【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？ (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：(1)因为质子之间除了存在库仑斥力，还存在核力。 (2)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：组成原子核的核子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。核力属于强相互作用。 2．强相互作用的特点 强相互作用力是短程力，在小于0.5×10－15 m的距离内，核力表现为斥力，在0.5×10－15～2×10－15 m的距离内主要表现为引力，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、万有引力、电磁相互作用、弱相互作用。 【师生互动】　任务1. 核力的大小与核子是否带电有关吗？ 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：任务1.无关。任务2.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 答案：BC 解析：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 知识点二　结合能 【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？ (2)结合能就是原子核具有的能量吗？ 提示：(1)负功；消耗能量。(2)不是。 学生用书↓第90页 【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，需要克服核力做功，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 原子核的结合能与核子数之比被称为该原子核的比结合能，也叫平均结合能。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，原子核越稳定。 【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？ 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：任务1.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.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(　　) A．质量数越大的原子核，核子结合得越牢固 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：D 解析：中等质量数的原子核的比结合能较大，核子结合得牢固，A错误；He核的比结合能比H核的比结合能大，则He核更稳定，B错误；Kr核的比结合能大于U核的比结合能，但是Kr核的结合能小于U核的结合能，C错误；H核的比结合能小于He的比结合能，两个H核结合成He核时释放能量，D正确。 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。 知识点三　爱因斯坦的质能方程 【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＝Δmc2，式中ΔE为结合能，Δm为质量亏损。 2．意义：核反应中亏损的质量与反应中释放的能量相对应。 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。 学生用书↓第91页 【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 6×10－27 kg，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； (2)计算上述核反应释放的能量。 答案：(1)Li＋H→2He　(2)2.691×10－12 J 解析：(1)核反应方程为Li＋H→2He。 (2)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。 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)。　　 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。 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 答案：B 解析：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。 答案：越大　释放　17.6 解析：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。 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 答案：BCD 解析：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。 学生用书↓第92页 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(　　) 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 答案：B 解析：由题图可知，He核的比结合能大约为7 MeV，氦核的核子数为4，则He核的结合能大约为28 MeV，故A错误；两个比结合能小的H核结合成比结合能大的He核时会释放能量，故B正确；比结合能越大，原子核越稳定，由题图可知，He核的比结合能比Li核的大，则He核比Li核更稳定，故C错误；由题图可知，U核的比结合能比Kr核的小，故D错误。 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 答案：ACD 解析：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。 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：_________________________________________ _______________________________； (2)这个反应中释放的核能为________。 答案：(1)3He→C　(2)(3m2－m1)c2 解析：(1)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。 (2)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。 学科网（北京）股份有限公司 $