5.3 核力与结合能（重难点）-2025-2026学年高二物理同步课堂（人教版选择性必修第三册）

本讲义聚焦“核力与结合能”核心知识点，系统梳理核力的饱和性与短程力特点，延伸至四种基本相互作用的分类及作用范围，进而阐述结合能、比结合能的概念及与原子核稳定性的关系，最后落脚于质量亏损的理解及质能方程的应用，构建从相互作用到能量转化的完整知识链条。 该资料通过“考点精讲+重点突破+例题分析”的分层设计，结合钍基熔盐堆、核电池等科技实例，培养学生的相互作用观念与能量观念，提升科学推理和科学论证能力。课中辅助教师系统授课，课后助力学生通过典型例题巩固知识，有效查漏补缺，强化解决实际问题的能力。

5.3核力与结合能 精讲考点 考点一 核力与四种基本相互作用 1 考点二 结合能 5 考点三 质量亏损 9 考点一 核力与四种基本相互作用 考点精讲 1．核力：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。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。 2．强相互作用的特点 (1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。 (2)距离增大时，强相互作用急剧减小。超过10－15 m，强相互作用不存在。 3．弱相互作用 (1)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 (2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。 4．四种基本相互作用 (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_10－18_m_。 【重点突破】 1.四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。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。万有引力是长程力。 (2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，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。 (3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。 (4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小。 2．核力的特点 (1)强力：核力是强相互作用(强力)的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。 (2)短程力：核力是短程力，作用范围只有约10－15 m。核力在距离大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15 m时核力急剧下降，几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力。 (3)饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 (4)电荷无关性：核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都有核力作用。 【例1】年，卢瑟福用镭放射出的粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了一种新的粒子，如图所示。下列说法不正确的是（　　） A．新的粒子是质子 B．粒子具有波粒二象性 C．若提高粒子源所处环境温度，放射出的粒子数会增加 D．在氮原子核中，两个粒子之间的核力比它们之间的万有引力和库仑力都要大得多 【答案】C 【详解】A．核反应方程需要满足质量数守恒和核电荷数守恒 所以为质子，故A正确，不符合题意； B．任何实物粒子，都具有波粒二象性，故B正确，不符合题意； C．粒子源的半衰期由粒子自身的原子结构决定，放射出的粒子数与环境温度无关，故C错误，符合题意； D．在原子核中，两个相邻质子间的核力比万有引力和库仑力大得多，故D正确，不符合题意。 故选C。 【例2】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 B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用 C．核力是原子核稳定存在的原因 D．核力是一种短程力 【答案】CD 【详解】A．核力是强相互作用，不是万有引力，故A错误； BCD．核力是短程力，作用范围在之内；核力只存在于相邻的核子之间，质子间、中子间、质子和中子间都可以有核力作用，核力是原子核能稳定存在的原因，故B错误，CD正确。 故选CD。 【例3】下列说法正确的是（　　） A．核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生 B．核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起 C．质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力 D．核力是一种弱相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多 【答案】ABC 【详解】A．核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生，核力的作用范围约为，仅在相邻核子间显著作用，故A正确； B．核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起，核力在中等距离时表现为强吸引力，维持原子核稳定；当核子间距过小时转为斥力，防止核子融合，故B正确； C．质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力，核力与电荷无关，所有核子（质子、中子）间均存在核力，故C正确； D．核力是一种弱相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多，核力属于强相互作用，而弱相互作用是另一类基本力（如β衰变），故D错误。 故选ABC。 【例4】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，作用范围约10-15m D．核力与电荷有关 【答案】C 【详解】A．核力与万有引力性质不同，核力是强相互作用，而万有引力是引力，故A错误； B．核力属于强相互作用，电磁力是电磁相互作用，故核力不是电磁力，故B错误； C．核力是短程力，作用范围约在10⁻¹⁵ m内，故C正确； D．核力与电荷无关，例如中子不带电但仍参与核力作用，故D错误。 故选C。 【例5】下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（　　） A．原子核中质子数和中子数一定相等 B．原子序数大的原子核里，质子数比中子数多 C．质子和中子之间有库仑力 D．由于核力的作用范围是有限的，不可能无节制地增大原子核而使其仍稳定存在 【答案】D 【详解】A．原子核中质子数和中子数不一定相等。例如，氢原子核（1H）仅含1个质子，不含中子；碳-14（14C）含6个质子和8个中子，中子数多于质子数。故A错误； B．原子序数大的原子核中，中子数通常多于质子数。例如，铀-238（238U）含92个质子和146个中子，中子数明显更多。故B错误； C．质子带正电，中子不带电，库仑力仅存在于带电粒子之间，因此质子和中子之间无库仑力。核子间的作用力为核力（强相互作用）。故C错误； D．核力是短程力，而质子间的库仑斥力是长程力。当原子核增大时，所有质子间的库仑斥力总和不断增大，而核力具有饱和性，当库仑斥力的累积效应超过核力时，原子核变得不稳定。故D正确。 故选D。 考点二 结合能 考点精讲 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 原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 【重点突破】 1.结合能 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，原子核就越难拆开，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。 【例6】2025年11月，中国科学院成功在液态燃料钍基熔盐实验堆中实现了钍铀核燃料转换，这是全球首次在该类反应堆中获取到钍燃料入堆运行后的实验数据，标志着中国在钍基熔盐堆技术领域走在了世界前列。核的衰变方程为，已知核的质量为，新核的质量为，X粒子的质量为，则（　　） A．大量核发生这种衰变时会产生较强的射线 B．核的结合能大于核的结合能 C．根据能量守恒，静止的核衰变后产生的粒子速度均为零 D．单个核衰变放出的能量为 【答案】D 【详解】A．首先根据核反应电荷数、质量数守恒，可得X的电荷数为，质量数为，即X是粒子，该衰变是衰变，释放的是射线，不会产生较强的射线，故A错误； B．原子核的稳定性由比结合能决定，比结合能越大越稳定。发生衰变是因为生成核的总结合能大于反应核的结合能。但是核的核子数多，总结合能大于核，故B错误； C．静止的核衰变过程系统动量守恒，初始总动量为0，衰变后和X的总动量也为0，二者动量大小相等、方向相反，均有速度，故C错误； D．单个核衰变的质量亏损为 根据质能方程，释放的能量为，故D正确。 故选D。 【例7】放射性同位素的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期为110分钟，下列说法正确的是（　　） A．100个经220分钟剩下25个 B．经220分钟剩下 C．冬天气温较低，的衰变速度会变慢 D．的比结合能比的比结合能大 【答案】B 【详解】A．半衰期是对大量原子核衰变的统计规律，仅对宏观大量的原子核有效，无法预测少量（100个）原子核的衰变剩余数量，故A错误； B．根据半衰期质量衰变公式可得，经220分钟剩余的质量为，故B正确； C．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境条件无关，低温不会减慢衰变速度，故C错误； D．该衰变是放能反应，生成物原子核更稳定，比结合能更大，因此的比结合能大于的比结合能，故D错误。 故选B。 【例8】关于近代物理知识，下列说法中正确的是（　　） A．动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 B．铀核裂变的一种核反应方程可能为 C．一个处于能级的氢原子向基态跃迁最多可能产生4种频率的光子 D．原子核的结合能越大，原子核越稳定 【答案】A 【详解】A．根据德布罗意波长公式，普朗克常量为定值，若质子和电子动量相等，则二者德布罗意波长相等，故A正确； B．铀核裂变需要中子轰击，反应式左侧应包含中子，即裂变方程为，故B错误； C．一个处于能级的氢原子向基态跃迁，最多的跃迁路径为，共产生3种频率的光子，故C错误； D．原子核的比结合能（平均结合能）越大，原子核越稳定，总结合能大的原子核比结合能不一定大，稳定性不一定高，故D错误。 故选A。 【例9】2025年5月，我国“天问三号”在火星表面完成采样任务升空返回，其火星表面上升器中搭载了钚（）核电池，利用衰变释放的能在极寒的火星夜为设备供热供电。已知钚（）的衰变方程为。则（　　） A．X为氦核，该衰变属于β衰变 B．衰变前钚的质量等于衰变后铀与X的质量之和 C．火星夜的极寒环境会显著延长钚的半衰期 D．的比结合能小于的比结合能 【答案】D 【详解】A．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，可得X的电荷数为，质量数为，故X为氦核（α粒子），该衰变为α衰变，故A错误； B．衰变过程释放能量，存在质量亏损，因此衰变前钚的质量大于衰变后铀与X的质量之和，故B错误； C．半衰期由原子核内部结构决定，与外界温度、压强等环境因素无关，极寒环境不会改变钚的半衰期，故C错误； D．衰变过程释放能量，说明生成物的原子核更稳定，而比结合能越大原子核越稳定，因此的比结合能小于的比结合能，故D正确。 故选D。 【例10】经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素，下列说法正确的是（　　） A．这种元素的质子数为74 B．这种元素的质量数为204 C．这种元素的结合能大于 D．这种元素的比结合能大于 【答案】D 【详解】AB．根据反应过程满足电荷数和质量数守恒可知，这种元素的质子数为 这种元素的质量数为，故AB错误； C．原子核的核子数越多，对应的结合能越大，由于这种元素的核子数小于的核子数，所以这种元素的结合能小于，故C错误； D．衰变生成的是更稳定的元素，比结合能越大原子核越稳定，所以这种元素的比结合能大于，故D正确。 故选D。 考点三 质量亏损 考点精讲 1．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，叫质量亏损。 2．质能方程 (1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系：ΔE＝Δmc2。 (2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E＝mc2。 【重点突破】 1.对质量亏损的理解 (1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。 (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。 2．对质能方程E＝mc2的理解 (1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。 (2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。 (3)质能方程的本质 ①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来。 ②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。 ③质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。 3．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 ①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。 ②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。 其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。 (2)利用原子质量单位u和电子伏特计算 ①明确原子质量单位u和电子伏特之间的关系 1 u＝1.660 5×10－27 kg,1 eV＝1.602 178×10－19 J 由E＝mc2 得E＝ eV＝931.5 MeV ②根据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，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是 MeV。 4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。 5．利用比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子的比结合能×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，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。 (1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射γ光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒。 (2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。 6．核反应是释放还是吸收能量有如下两种判断方法： (1)根据反应前后的质量变化 质量亏损——释放能量； 质量增加——吸收能量。 (2)根据反应前后的比结合能的变化 比结合能变大——释放能量； 比结合能变小——吸收能量。 【例11】2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为E1，的比结合能为E2，X的比结合能为E3，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法错误的是（　　） A． B．该核反应过程中放出的能量 C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为 D．若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用 【答案】D 【详解】A．比结合能越大原子核越稳定，由质量数守恒和电荷数守恒可知的质量数和电荷数分别为4和2，因此核反应为衰变。该衰变是放能反应，生成的比更稳定；且重核范围内（质量数大于铁56），质量数越小比结合能越大，故，A不符合题意； B．原子核总结合能=比结合能×核子数，核反应释放的能量等于反应后总结合能减去反应前总结合能，即，B不符合题意； C．根据爱因斯坦质能方程，可得质量亏损，C不符合题意； D．洛伦兹力 为粒子速度与磁场方向的夹角，当即速度与磁场平行时，洛伦兹力为0，故X粒子射入匀强磁场不一定受洛伦兹力，D符合题意。 故选D。 【例12】我国科学家发明了一种神奇的微核电池，该电池比一颗米粒还小，却可以让手机50年不充电。电池使用从核废料中提出来的镅作为原料，镅的一种衰变方程为，关于该反应，下列说法正确的是（　　） A．反应前后总质量保持不变 B．的比结合能比的比结合能大 C．方程中的X为，其穿透能力比射线弱 D．方程中的X来自核内一个质子和一个中子结合在一起产生的 【答案】C 【详解】A．该衰变是放能反应，存在质量亏损，反应后总质量小于反应前总质量，故A错误； B．比结合能越大原子核越稳定，衰变过程是由不稳定的生成更稳定的，因此的比结合能更大，故B错误； C．根据核反应电荷数守恒、质量数守恒，计算得X的电荷数为 质量数为 故X为，即粒子，射线的穿透能力弱于射线，故C正确； D．粒子是原子核内2个质子和2个中子结合形成后释放的，并非一个质子和一个中子结合产生，故D错误。 故选C。 【例13】2025年7月，我国科研人员在原子核的奇特衰变研究领域取得新进展，首次在实验上观测到新核素的自发衰变，衰变的核心方程为：。下列说法正确的是（    ） A．衰变方程中的X是 B．增大压强可以加速的衰变 C．的比结合能大于的比结合能 D．与的质量差等于衰变的质量亏损 【答案】A 【详解】A．根据题中衰变方程，由质量数守恒、电荷数守恒可知，X的质量数、电荷数分别为、 可知X为质子，故A正确； B．原子核衰变速率由半衰期决定，不受外部压强影响，故B错误； C．衰变产物更加稳定，故比的比结合能较小，故C错误； D．衰变的质量亏损是反应前原子核总质量与反应后所有粒子总质量的差值，即，故D错误。 故选 A。 【例14】山西平遥古城的古建筑修复中，采用了碳-14测年法。碳-14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．碳14的核子数为6 B．衰变过程中有质量亏损 C．的质子数比少1 D．衰变过程中产生的电子来自于核外的电子 【答案】B 【详解】A．碳14的核子数为质量数14（质子数+中子数），质子数为6，A错误； B．衰变释放能量，能量释放对应质量亏损，B正确； C．衰变后氮14的质子数（原子序数）为7，比碳14的质子数6多1，C错误； D．衰变产生的电子来自核内中子转化，而非核外电子，D错误。 故选B。 【例15】中国科学院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克EAST装置反应中需要用到，通常利用锂在线增殖的方式，其核反应方程为：。下列说法正确的是（　　） A．X为中子 B．锂核的比结合能高于氦核 C．反应属于衰变 D．反应释放能量，反应后的产物质量增加 【答案】A 【详解】A．反应前质量数总和为，反应后为，根据质量数守恒得；反应前电荷数总和为，反应后为，根据电荷数守恒得。因此X为中子，故A正确； B．氦核（）为双核，比结合能较高（约），锂核（）比结合能较低（约），故锂核比结合能低于氦核，故B错误； C．衰变是放射性核素自发发射粒子（氦核）的过程，此反应需入射粒子X且为人工核反应，故不是衰变，故C错误； D．核反应释放能量时，存在质量亏损（反应前总质量大于反应后总质量），故反应后产物总质量减少，故D错误。 故选A。 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 5.3核力与结合能 精讲考点 考点一 核力与四种基本相互作用 1 考点二 结合能 5 考点三 质量亏损 9 考点一 核力与四种基本相互作用 考点精讲 1．核力：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。核力具有饱和性，每个核子只跟相邻核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生相互作用。 2．强相互作用的特点 (1)强相互作用是短程力，作用范围只有约10－15 m。 (2)距离增大时，强相互作用急剧减小。超过10－15 m，强相互作用不存在。 3．弱相互作用 (1)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。 (2)弱相互作用是短程力，其力程只有10－18 m。 4．四种基本相互作用 (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_10－18_m_。 【重点突破】 1.四种基本相互作用在不同尺度上发挥作用 (1)引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”。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。万有引力是长程力。 (2)电磁相互作用：电磁力在原子核外，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。 (3)强力：即强相互作用，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。 (4)弱相互作用：弱相互作用是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度则比电磁力小。 2．核力的特点 (1)强力：核力是强相互作用(强力)的一种表现。在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。 (2)短程力：核力是短程力，作用范围只有约10－15 m。核力在距离大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15 m时核力急剧下降，几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力。 (3)饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。 (4)电荷无关性：核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都有核力作用。 【例1】年，卢瑟福用镭放射出的粒子轰击氮原子核，从氮原子核中打出了一种新的粒子，如图所示。下列说法不正确的是（　　） A．新的粒子是质子 B．粒子具有波粒二象性 C．若提高粒子源所处环境温度，放射出的粒子数会增加 D．在氮原子核中，两个粒子之间的核力比它们之间的万有引力和库仑力都要大得多 【例2】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 B．原子核内只有质子和质子间有核力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则没有核力作用 C．核力是原子核稳定存在的原因 D．核力是一种短程力 【例3】下列说法正确的是（　　） A．核力是短程力，作用范围很小，只在邻近核子间发生 B．核力可能是引力，也可能是斥力。核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起 C．质子间、中子间、质子和中子之间都可能有核力 D．核力是一种弱相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多 【例4】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，作用范围约10-15m D．核力与电荷有关 【例5】下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是（　　） A．原子核中质子数和中子数一定相等 B．原子序数大的原子核里，质子数比中子数多 C．质子和中子之间有库仑力 D．由于核力的作用范围是有限的，不可能无节制地增大原子核而使其仍稳定存在 考点二 结合能 考点精讲 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 原子核的结合能与核子数之比，叫作比结合能，也叫作平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 【重点突破】 1.结合能 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，原子核就越难拆开，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。 【例6】2025年11月，中国科学院成功在液态燃料钍基熔盐实验堆中实现了钍铀核燃料转换，这是全球首次在该类反应堆中获取到钍燃料入堆运行后的实验数据，标志着中国在钍基熔盐堆技术领域走在了世界前列。核的衰变方程为，已知核的质量为，新核的质量为，X粒子的质量为，则（　　） A．大量核发生这种衰变时会产生较强的射线 B．核的结合能大于核的结合能 C．根据能量守恒，静止的核衰变后产生的粒子速度均为零 D．单个核衰变放出的能量为 【例7】放射性同位素的衰变方程为，其中是中微子。已知的半衰期为110分钟，下列说法正确的是（　　） A．100个经220分钟剩下25个 B．经220分钟剩下 C．冬天气温较低，的衰变速度会变慢 D．的比结合能比的比结合能大 【例8】关于近代物理知识，下列说法中正确的是（　　） A．动量相等的质子和电子，它们的德布罗意波长也相等 B．铀核裂变的一种核反应方程可能为 C．一个处于能级的氢原子向基态跃迁最多可能产生4种频率的光子 D．原子核的结合能越大，原子核越稳定 【例9】2025年5月，我国“天问三号”在火星表面完成采样任务升空返回，其火星表面上升器中搭载了钚（）核电池，利用衰变释放的能在极寒的火星夜为设备供热供电。已知钚（）的衰变方程为。则（　　） A．X为氦核，该衰变属于β衰变 B．衰变前钚的质量等于衰变后铀与X的质量之和 C．火星夜的极寒环境会显著延长钚的半衰期 D．的比结合能小于的比结合能 【例10】经过6次α衰变和4次β衰变后变成一种稳定的元素，下列说法正确的是（　　） A．这种元素的质子数为74 B．这种元素的质量数为204 C．这种元素的结合能大于 D．这种元素的比结合能大于 考点三 质量亏损 考点精讲 1．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，叫质量亏损。 2．质能方程 (1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损Δm与释放的核能ΔE之间的关系：ΔE＝Δmc2。 (2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E＝mc2。 【重点突破】 1.对质量亏损的理解 (1)在核反应中仍遵守质量守恒和能量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变为能量。物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量。 (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。 2．对质能方程E＝mc2的理解 (1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，不是单指物体的动能、核能或其他哪一种能量，而是物体所具有的各种能量的总和。 (2)根据质能方程，物体的总能量与其质量成正比。物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少，这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2。 (3)质能方程的本质 ①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来。 ②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。 ③质量亏损不是否定了质量守恒定律。根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。 3．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 ①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。 ②根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能。 其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。 (2)利用原子质量单位u和电子伏特计算 ①明确原子质量单位u和电子伏特之间的关系 1 u＝1.660 5×10－27 kg,1 eV＝1.602 178×10－19 J 由E＝mc2 得E＝ eV＝931.5 MeV ②根据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，即ΔE＝Δm×931.5 MeV。其中Δm的单位是u，ΔE的单位是 MeV。 4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能 参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此利用动量和能量守恒可以计算出核能的变化。 5．利用比结合能来计算核能 原子核的结合能＝核子的比结合能×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，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能。 (1)切记不要误认为亏损的质量转化为能量。核反应过程中质量亏损是静止的质量减少，辐射γ光子的运动质量刚好等于亏损的质量，即反应前后仍然遵循质量守恒和能量守恒。 (2)核反应中释放的核能是由于核力做功引起的。 6．核反应是释放还是吸收能量有如下两种判断方法： (1)根据反应前后的质量变化 质量亏损——释放能量； 质量增加——吸收能量。 (2)根据反应前后的比结合能的变化 比结合能变大——释放能量； 比结合能变小——吸收能量。 【例11】2023年8月24日，日本政府正式向海洋排放福岛第一核电站的核废水。核废水中的发生衰变时的核反应方程为，该核反应过程中放出的能量为Q。设的比结合能为E1，的比结合能为E2，X的比结合能为E3，已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法错误的是（　　） A． B．该核反应过程中放出的能量 C．该核反应过程中的质量亏损可以表示为 D．若把X粒子射入匀强磁场中，它一定受到洛伦兹力作用 【例12】我国科学家发明了一种神奇的微核电池，该电池比一颗米粒还小，却可以让手机50年不充电。电池使用从核废料中提出来的镅作为原料，镅的一种衰变方程为，关于该反应，下列说法正确的是（　　） A．反应前后总质量保持不变 B．的比结合能比的比结合能大 C．方程中的X为，其穿透能力比射线弱 D．方程中的X来自核内一个质子和一个中子结合在一起产生的 【例13】2025年7月，我国科研人员在原子核的奇特衰变研究领域取得新进展，首次在实验上观测到新核素的自发衰变，衰变的核心方程为：。下列说法正确的是（    ） A．衰变方程中的X是 B．增大压强可以加速的衰变 C．的比结合能大于的比结合能 D．与的质量差等于衰变的质量亏损 【例14】山西平遥古城的古建筑修复中，采用了碳-14测年法。碳-14的衰变方程为，下列说法正确的是（　　） A．碳14的核子数为6 B．衰变过程中有质量亏损 C．的质子数比少1 D．衰变过程中产生的电子来自于核外的电子 【例15】中国科学院合肥物质科学研究院的全超导托卡马克EAST装置反应中需要用到，通常利用锂在线增殖的方式，其核反应方程为：。下列说法正确的是（　　） A．X为中子 B．锂核的比结合能高于氦核 C．反应属于衰变 D．反应释放能量，反应后的产物质量增加 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $