山东省专用2024_2025学年高中物理第十九章原子核第5节核力与结合能讲义含解析新人教版选修3_5.docVIP

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第5节核力与结合能

1.原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把原子核内核子分开所须要的能量叫结合能。

2．结合能与核子数之比叫比结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定。

3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。

一、核力与四种基本相互作用

1．核力

(1)定义：原子核里的核子间的相互作用力。

(2)作用：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。

2．核力的特点

(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。

(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内。核力在大于0.8×10－15m，小于1.5×10－15m的范围内表现为吸引力，在小于0.8×10－15m时表现为斥力。

(3)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。

3．四种基本相互作用

二、原子核中质子与中子的比例

1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等。

2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多。

三、结合能与质量亏损

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，也须要能量，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，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越坚固，原子核越稳定。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。

3．质能方程

物体的能量与它的质量的关系是：E＝mc2。

4．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。

1．自主思索——判一判

(1)原子核中粒子所受的万有引力和电磁力可以达到平衡。(×)

(2)核力是强相互作用，在任何状况下都比库仑力大。(×)

(3)弱相互作用是引起原子核β衰变的缘由。(√)

(4)原子核的结合能就是核子结合成原子核时须要的能量。(×)

(5)比结合能越大，原子核越稳定。(√)

(6)质能方程E＝mc2表明白质量与能量间的一种对应关系。(√)

2．合作探究——议一议

(1)质子之间存在库仑力，质子与中子、中子与中子之间没有库仑力，那么是不是质子之间存在核力，质子与中子、中子与中子之间没有核力？

提示：不是。核力是短程力，存在于相邻的核子之间，无论是质子之间、质子与中子之间还是中子之间，都存在核力。

(2)为什么核电荷数越多的原子核越不稳定？

提示：核电荷数越多的原子核中，有些核子之间的距离越来越大，随着距离增大，核力和质子间的斥力都减小，但核力减小得更快，当原子核大到肯定程度时，核力会小于质子间的斥力，原子核就不稳定了。

(3)有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种相识对不对？

提示：不对。在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有改变。

核力的性质与原子核中质子与中子的比例

1．核力的性质

(1)核力是四种相互作用中的强相互作用(强力)的一种表现。

(2)核力是短程力。约在10－15m数量级时起作用，距离大于0.8×10－15m时为引力，距离小于0.8×10－15m时为斥力，距离为1.5×10－15m时核力几乎消逝。

(3)核力具有饱和性。核子只对相邻的少数核子产生较强的引力，而不是与核内全部核子发生作用。

(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。

(2)形成缘由：

①若质子与中子成对地人工构建原子核，随原子核的增大，核子间的距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小得更快。所以当原子核增大到肯定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，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，形成的核也肯定是不稳定的。

[典例]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肯定相等

B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多

C．原子核都是特别稳定的

D．由于核力的作用范围是有限的，核力具有饱和性，不行能无节制地增大原子核而仍稳定存在

[思路点拨]解答本题时应留意以下两点：

(1)轻核中质子数与中子数大致相等，重核中中子数大于质子数。

(2)由于核力是短程力，原子核的大小有肯定的限制。

[解析]由稳定核的质子数与中子数的关系图像可知，质量越大的原子核内中子数