第5章 第3节 核力与核能（课件）-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦核力与核能，涵盖核力特点、核稳定性、结合能及质能方程等核心知识，通过情境探究和问题链（如质子间斥力平衡、中子作用）搭建学习支架，衔接核力到核能的知识脉络。 其亮点在于运用核素图、比结合能曲线等模型建构（科学思维），结合知识辨析和问题探究（科学探究），帮助学生形成相互作用与能量观念（物理观念）。学生能深化理解，教师可借助结构化资源提升教学效率。

1.核力:把原子核中的核子维系在一起的力。 2.核力特点 (1)核力是短程力。 (2)核力是一种强相互作用。 3.核素:具有一定质子数和中子数的原子核。 4.核素图:用横坐标表示质子数,纵坐标表示中子数,每一种核素用一小方块表示,所得到的图 像称为核素图(如图所示)。   第3节　核力与核能 知识 清单破 知识点 1 知识点 1 核力与核的稳定性 第5章　原子核与核能 高中同步 5.核的稳定性 (1)核素的稳定区:在核素图中,稳定的核素几乎全落在一条曲线上,或紧靠曲线的两侧,这个区 域称为核素的稳定区。 (2)稳定核素的中子数与质子数的关系:随着质子数的增加,稳定核素的中子数越来越大于质 子数。 第5章　原子核与核能 高中同步 1.四种基本相互作用:现代物理学认为,自然界中所有的作用力,从本质来说都可归结为四种 基本的相互作用:引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。 2.特点 (1)引力相互作用:是所有物体之间都存在的一种相互作用,日常生活中的物体和微观粒子,它 们之间的引力非常微弱,可忽略不计。但对于质量较大的天体,引力则是它们之间的主要作 用力,是长程力。 (2)电磁相互作用:是电荷间、磁体间或电荷与磁体间的相互作用,摩擦力、弹力等接触力都 是大量原子、分子之间电磁相互作用的宏观表现,是长程力。 (3)强相互作用和弱相互作用:是短程力,作用范围在原子核尺度内。核子间的核力是由强相 互作用引起的。质量数相同的不同原子核之间的转换是由弱相互作用引起的。 知识点 1 知识点 2 四种基本相互作用 3.四种相互作用按由强到弱排列:强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用、引力相互作用。 第5章　原子核与核能 高中同步 1.原子核的结合能:核子结合成原子核所释放的能量。 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)爱因斯坦质能方程:E=mc2。 (3)亏损的质量与释放的能量间的关系:ΔE=Δmc2。 3.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:平均结合能越大,原子核越难分离成单个,核子越稳定。 知识点 1 知识点 3 结合能与平均结合能 第5章　原子核与核能 高中同步 1.原子核内的质子间均存在核力和库仑力。 (　    ) 原子核内相邻的质子间才存在核力。 2.对质子数较多的原子核,其中的中子起到增加核力、维系原子核稳定的作用。 (　    ) 3.原子核的核子数越多,平均结合能越大。 (　    ) 原子核的核子数越多,结合能越大。 4.质能方程E=mc2表明了质量与能量间的一种对应关系。  (　    ) 知识辨析 判断正误，正确的画“ √” ，错误的画“ ✕” 。 ✕ √ ✕ √ 第5章　原子核与核能 高中同步 　　原子核是由质子和中子组成的,质子和中子统称为核子。质子间存在着库仑斥力,但是 质子没有被排斥开,反而还紧紧地结合在一起。 疑难 情境破 疑难1 对核力与核的稳定性的理解 情境探究 第5章　原子核与核能 高中同步 问题1 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? 提示    不正确。质子之间的库仑斥力的大小与质子、中子间的万有引力的大小相差很多倍, 两者相差悬殊,不可能平衡。在原子核内一定还存在第三种相互作用力来克服较强的库仑斥 力。 问题2 用来克服较强的库仑斥力的“力”是什么力? 提示    用来克服较强的库仑斥力的“力”是核力。 提示 提示 第5章　原子核与核能 高中同步 问题3 原子核中的质子数与中子数一定相等吗? 提示    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。 提示 第5章　原子核与核能 高中同步 1.核力的性质 (1)核力是四种基本相互作用中的强相互作用的一种表现。 (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,距离超过1.5×10-15 m时,核力急剧下降几乎消失。 (3)核力具有饱和性。核子只与相邻的核子间有核力作用,而不是与核内所有核子发生作用。 (4)核力具有电荷无关性。核力与核子电荷无关。 2.原子核中质子与中子的比例关系 (1)较轻的原子核,其质子数与中子数大致相等,但对于较重的原子核,其中子数大于质子数,越 重的原子核,两者相差越多。 讲解分析 第5章　原子核与核能 高中同步 (2)形成原因 ①若人工构建质子数和中子数相等的原子核,随原子核的增大,核子间的距离增大,核力和库 仑力都会减小,但核力减小得更快。所以当原子核增大到一定程度时,核子间的核力不足以 平衡质子之间的库仑力,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,所以有助于维系 原子核的稳定,所以稳定的重原子核的中子数要比质子数多。 ③由于核力的作用范围是有限的,以及核力的饱和性,若再增大原子核,一些核子间的距离会 大到其间根本没有核力的作用,这时候再增加中子,形成的核也一定是不稳定的。 第5章　原子核与核能 高中同步 疑难2　 第5章　原子核与核能 高中同步 1.结合能 由于核力的存在,原子核分解成核子时,需要外力克服核力做功,当自由核子结合成原子核时 要放出一定的能量,人们把核子结合成原子核所释放的能量称为原子核的结合能。 2.平均结合能 (1)原子核的结合能与质量数之比称为该核的平均结合能,平均结合能越大,表示原子核中核 子结合得越牢固,原子核越稳定。 (2)平均结合能(比结合能)曲线:不同原子核的平均结合能随质量数变化的图线如图所示。 讲解分析 疑难2 结合能、平均结合能与核能的计算 第5章　原子核与核能 高中同步   从图中可看出,中等质量原子核的比结合能较大,轻核和重核的比结合能都比中等质量的原 子核要小。 3.比结合能与原子核稳定性的关系 (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,原子核就越难拆开,表示该原 第5章　原子核与核能 高中同步 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,就会释放核能。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。 4.质量亏损与核能的计算 (1)质量亏损 ①科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等,例如,精确计算表明:氘核的质量比 一个中子和一个质子的质量之和要小一些,这种现象叫作质量亏损,质量亏损只有在核反应 中才能明显地表现出来。 第5章　原子核与核能 高中同步 ②Δm是核反应前与核反应后的质量之差。 (2)质能方程E=mc2 爱因斯坦指出,物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系,即E=mc2,式中c为真空中的 光速。爱因斯坦质能方程表明:物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数值巨大, 因而物体的能量是十分可观的。 (3)从爱因斯坦质能方程同样可以得出,物体的能量变化ΔE与物体的质量变化Δm的关系:ΔE= Δmc2。 (4)核能的计算方法 ①根据核反应方程计算 计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm,根据爱因斯坦质能方程E=mc2或ΔE=Δmc2计算核能, 其中Δm的单位是千克,ΔE的单位是焦耳。 第5章　原子核与核能 高中同步 ②利用原子质量单位u和电子伏特eV计算 根据1原子质量单位(1 u)相当于931.5 MeV的能量,用核子结合成原子核时质量亏损的原子质 量单位数乘以931.5 MeV可计算出释放的核能,即ΔE=Δm×931.5 MeV,其中Δm的单位是u,ΔE 的单位是MeV。 第5章　原子核与核能 高中同步 注    原子质量单位u与kg、电子伏特eV与J间的关系: 1 u=1.660 6×10-27 kg 则E=mc2=1.660 6×10-27×(2.997 9×108)2 J≈1.492 4×10-10 J。 1 eV=1.602 2×10-19 J 所以E=931.5 MeV。 ③利用比结合能计算 原子核的结合能=比结合能×质量数。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,就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。 第5章　原子核与核能 高中同步 $