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

该高中物理课件聚焦核力与结合能，涵盖核力的定义及强相互作用、短程力等特点，四种基本相互作用，结合能、比结合能，质量亏损与质能方程等核心知识。课堂以“质子在原子核中如何束缚”问题导入，通过库仑斥力与万有引力的定量对比计算，引导学生推理出核力存在，搭建从已知力到新力的学习支架。 其亮点在于以科学思维为核心，通过估算库仑力与万有引力比值、分析比结合能曲线等科学推理过程，结合“思考与讨论”“易错题”等科学探究环节，帮助学生深化相互作用与能量观念。采用问题驱动与实例计算结合的教学方法，学生能提升推理与论证能力，教师可借助系统解析与总结高效开展教学。

人教版选译性四修第三册 3 核力与结合能 第五章 原 01 知道核力的概念、特点和四种基本 相互作用。 学习目标 02 理解结合能和比结合能的概念。 重点 03 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。 重难点 情境导入 修第三册 在原子核那样狭小的空间里，是什么力量把带正电的质子紧紧地 束缚在一起而不飞散开呢？ 中子 质子 r2 相互排斥 10-15m 原子核的组成：质子和中子 猜想 版凹修第三册 难道是 万有引力？ 中子 质子 mim2 F万=G r2 相互吸好 10-15m 原子核的组成：质子和中子 质子间距数量级为10-15m;质子质量m数量级为102kg, 质子电量e数量级为1019C；G数量级为1011，k数量级为10。 估算库仑力与万有引力之比？ 中子 质子 验证：F万 ke2 109×(10-19)2 Gm2 10-×(10-272=1036 结论：核子不可能靠自身万有引力抗衡库仑斥力 猜想：存在第三种力核力。 10-15m 「库 强相互作用力 核力与四种基本 相互作用 电磁力 核心知识 修第三册 核力 1.定义 能够把核中的各种核子联系在一起的强大的力，叫做核 力。 n 质子 质子 质子一 中子 中子 中子 3H 3He 核心知识 修第三册 2.特点 (1)强相互作用 (强力)：在原子核尺度内，核力>>库仑力。 (2)短程力 约在1015m数量级时起作用，距离小于0.8×10l5m时为斥力，距离 大于0.8×10-15m时为引力，距离为1.5×10-15m时核力几乎消失，因 此核子不会融合在一起。 3)饱和性：每个核子只与相邻核子发生核力作用。 (④与电荷无关：对给定的相对运动状态，核力与核子电荷无关。 核心知识 修第三册 四种基本相互作用 引力相互作用 自然界的一种基本相互作用，主要在宏观和宇宙尺度上发挥作用。 地面物体所受重力只是引力在地球表面附近的一种表现。 太阳 水星 ●金星 核心知识 修第三册 电磁相互作用 原子核外，电磁力使电子结合成分子，使分子结合成液体与固体。 宏观物体间的压力、拉力、弹力、支持力等，都起源于电荷间的 电磁相互作用。 N 核心知识 修第三册 弱相互作用 弱相互作用引起原子核衰变，即引起中子一质子转变的原因。 弱相互作用是短程力，力程比强力更短，约在1018时起作用。 作用强度比电磁力小。 Ve 强相互作用 思考与讨论 第三册 为什么质量数较大的稳定原子核中的中子数多于质子数？ 质子 n 中子 核力永 核力 核力 核力 核力 核力 除核力外，还有库仑斥力 答案中子数较多，可以缓解质子之间的库仑斥力的影响，因此， 在大而稳定的原子核中，中子数多于质子数。 易错辨析 坚第三册 (1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。(X) (2)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大。(X) (3)弱相互作用是引起原子核郊衰变的原因。（√) (4)核力的作用范围只有约10-15m。(√) (5)中子和中子之间不会有核力作用。(×) 三 结合能 观察与思考 第三册 宏观模型： 相距很远的两个物体，由于万有引力而相互接近，运动速度越来越大 碰撞 引力势能→ 动能 内能 损失机械能 两个物体为了结合而失去了一些能量，若要分开两个物体，还需重新 赋予能量。 人教版凹修第三册 微观模型： 质子 中子 损失能量 补充能量 核子分开，克服核力做功，吸收能量 原子核 核子 核子结合，核力做正功，放由能量→ 把核子分开需要的能量与核子结合放出的能量有什么关系？ 核心知识 修第三册 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。 释放能量 吸收能量 组成原子核的核子数越多，结合能越高。 思考：如果结合能越大， 就说明把原子核分开，所需要的能量越大， 是不是就意味着原子核越稳定呢？ 核心知识 修第三册 比结合能（ 平均结合能) 比结合能= 结合能 核子数 比结合能MeV 8 Fe 6 4 2 质量数A 0 40 80 120160200240 十比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 思考与讨论 第三册 如图所示是不同原子核的比结合能随质量数变化的曲线。 (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？ 比结合能 F/Mev 24Mg 28e 1Ag 47 答案 中等质量的原子核的 8.0 12C 209Bi He 7.0 Be 2380 比结合能较大，原子核最稳 6.0 5.0 定，轻核和重核的比结合能 4.0 中等质量的核 3 都比中等质量的原子核的比 20 e He 0 2H 轻核结合 重核分裂 结合能要小。 质量数 10 202550 100 150 200 250A 人教版凹修第三册 (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？为什么？ 答案 释放能量 比结合能/MeV 比结合能较小的原子核转为比结合能 He/2C 160 较大的原子核时，可以理解为比结合 Be 能较小的原子核中的核子先拆成单个 6 4 核子，再重新结合成比结合能较大的 原子核。拆开时吸收的能量少，结合 2H 时释放的能量多，所以要释放能量。 20406080100120140160180200220240质量数A 例题 饭凹修第三册 1.(多选)关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是 原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功 ®原子核的结合能等于核子从原子核中分离时，外力克服核力做的功 平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量 D.不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大 解析 重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合 能也比中等质量核的平均结合能要小，但重核的平均结合能不一定比 轻核的平均结合能大，故D错误。 解析 人教版凹修第三册 2.(多选)如图所示是原子核的平均结合能（也称比结合能）与质量数的关系图像， 通过该图像可以得出一些原子核的平均结合能，如10的核子平均结合能约为 8MeV,He的核子平均结合能约为7MeV,根据该图像判断下列说法正确的是 A.随着原子质量数的增加，原子核的平均结 平均结合能MeV 合能增大 80 Kr Ba 8-He }.Fe核的平均结合能最大，最稳定 6 Fe 4 Li C.把0分成8个质子和8个中子比把10分成 2 4个He要多提供约16MeV的能量 102050100150200250质量数A .把10分成8个质子和8个中子比把0分成4个H要多提供约112MV的能量 解析 人教版凹修第三册 解板 根据题图，随着原子质量数的增加，原子核的平均结合能先增大后减 小，故A错误； Fe核的平均结合能最大，最稳定，故B正确； 把10分成8个质子和8个中子，需要提供的能量约为E=16×8MV= 128MeV,把10分成4个He要提供的能量约为E=16×(8-7)MeV=16MeV, 提供的能量的差值为△E=E,-E2=112MeV,故C错误，D正确。 人教版凹修第三册 核子分开 核子结合 吸收能量 放出能量 面包掰开会掉渣，原子核在拆开、组合的过程会掉渣·吗？ 三 E=mc2 03 质量亏损 g22 核心知识 修第三册 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，叫作质量亏损。 中子 质子 原子核 质量亏损 亏损的质量去哪里了？ 核心知识 修第三册 质能方程 能量 →光 中子 质子 原子核质量亏损 (1)爱因斯坦狭义相对论认为，质量亏损△m与释放的核能△E之间的关系： △E=△mc2为核能的利用打开了大门！ E沉C (2)扩展：质量为m的物体，所蕴含的能量E=mc2。 思考与讨论 第三册 核反应中发生的“质量亏损'说明核反应中质量不守恒，所以核反应前 后质量数不守恒，这种认识正确吗？为什么？ 'He n H H 答案 不正确。核反应中“质量亏损”并不是质量消失，而是以能量的 形式辐射出去。在核反应前后，质量数守恒，即反应中核子总数不变。 提炼·总结 第三册 对质能方程E=mc2的理解 (1)质能方程E=c说明一定的质量总是跟一定的能量相联系。具体 地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，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E=mc2,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。 提炼·总结 第三册 (3)根据质能方程△E=△mc2,核反应过程中发生的质量亏损，并不是消 失了，减少的质量△在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了。 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。 例题 板凹修第三册 3.(来自教科教材)氘核是由1个中子和1个质子构成的，它们的静质量可 分别取为：m(质子质量)1.6726×10-27kg,m(中子质量1.6749×10-27kg, mH(氘核质量)=3.3436×1027kg,真空中光速c=3.0×108m/s, 1eV=1.6×1019J。试计算中子和质子结合成氘核过程的质量亏损以及氘 核的结合能。 答案3.9×10-30kg2.2MeV 解析 人教版凹修第三册 解析 在这一过程中的质量亏损为 △m=(mp+mn)-mH =1.6726×10-27kg+1.6749×10-27kg-3.3436×10-27kg=3.9×10-30kg 根据质能方程可知 △E=△mc2=3.9×10-30×(3.0×108)2J=3.51×10-13J≈2.2MeV 所以氘核的结合能约为2.2MeV。 人教版凹修第三册 4.(2025·浙江省检测)在一次核反应中，铀核U变成了氙核1X和锶 核器Sr,同时放出若干中子。U的比结合能约为7.6MeV,1翠Xe的比 结合能约为8.4MeV,Sr的比结合能约为8.7MeV,下列说法正确的是 A.核反应出现质量亏损，质量数减少 B.若把2U全部分解为核子，将吸收能量约178.6MeV C该核反应中铀核结合能最大，原子核结合的最牢固 P核反应放出的能量约3.33×101J 解析 人教版凹修第三册 解析 核反应过程质量数守恒，故A错误， 将原子核全部分解为核子需吸收的能量等于其结合能，铀核结合能 E=235×7.6MeV=1786MeV,故B错误； 氙核结合能为139×8.4MeV=1167.6MeV, 锶核结合能为95×8.7MeV=826.5MeV, 铀核结合能最大；比结合能越大原子核结合越牢固，而铀核比结合能 小于氙核和锶核，故C错误； 人教版凹修第三册 解析 核反应释放的能量等于反应后生成的所有新核的总结合能减去反应前 总结合能。反应前结合能E前1786MeV, 反应后结合能E后=1167.6MeV+826.5MeV=1994.1MeV, 释放能量△E-E后-E前-208.1MeV, 因为1MeV=1.6×10-13J, 所以△E-208.1×1.6×1013J≈3.33×1011J,故D正确。 总结提升 修第三册 核能的计算方法 1.根据质量亏损计算 (1)根据核反应过程，计算核反应前和核反应后的质量亏损△m。 (2)根据爱因斯坦质能方程△E△c2计算核能。 ①若△m的单位是干克，则需要将c=3×10m/s代入，计算得到的△的单 位为焦耳。 ②若△m的单位是原子质量单位u,则可用△E-△m×931.5MeV计算，即用质 量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV。(1u相当于931.5MeV的能量) 总结提升 修第三册 2.利用比结合能计算 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， 就是该反应所释放（或吸收）的核能。 人教版叫修笋 课堂小结 核力的定义、特点 核力与四种基本相互作用 四种基本相互作用 8 核力与 结合能：拆散整个系统需要的总能量 ● 08 结合能 比结合能：拆散系统成员需要的能量 质量亏损：质能方程E=mc2 核的计算方法 本课结束 Keep Th i n k ing!