《高二物理同步课堂帮帮帮（新教材人教版选择性必修第三册）》5.3核力与结合能

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第五章原子核

第3节核力与结合能

一、核力与四种基本相互作用

1．核力的定义

原子核内核子之间的相互作用力．

2．核力的特点

(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现．在原子核内，核力比库仑力大得多．

(2)核力是短程力，作用范围在 1.5 × 10 －

之内．

(3)核力的饱和性

每个核子只跟邻近的核子发生核力作用．

3．四种基本相互作用

二、原子核中质子与中子的比例和结合能

1．轻原子核和重原子核

(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，越重的元素，两者相差越多．

2．结合能和比结合能

(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，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被称为比结合能．比结合能越大，原子核中核子结合得越

牢固，原子核越稳定．中等大小的核的比结合能最大、最稳定．

3．比结合能与原子核稳定性的关系

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．

(1)比结合能的大小能够反映核的稳定程度，比结合能越大，原子核就越难拆开，表示该核就越稳定．

(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．

三、质能方程和质量亏损

1．爱因斯坦质能方程：E ＝ mc 2

2．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．

3．亏损的质量与释放的能量间的关系：Δ E ＝ Δ mc 2

4、核能的计算

① 根据质量亏损计算

根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损 Δm.

根据爱因斯坦质能方程 ΔE＝Δ mc 2

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

5、质能方程和质量亏损的理解

(1)爱因斯坦质能方程反映的是质量亏损和释放出核能这两种现象之间的联系，并不表示质量和能量之间的

转变关系．对于质量亏损，不能理解为质量变成了能量

(2)质量亏损：质量亏损，并不是质量消失，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．

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＝Δ mc 2

（3）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的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量

相联系的运动质量．若质量减少即发生了质量亏损，则释放能量；若质量增加，则吸收能量．

（4）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．

【例题 1】．如图所示是原子核的平均核子质量 A与原子序数 Z的关系图象，下列说法正确的是(　　)

A．若 D、E能结合成 F，结合过程一定要释放能量

B．若 D、E能结合成 F，结合过程一定要吸收能量

C．若 C、B能结合成 A，结合过程一定要释放能量

D．若 F、C能结合成 B，结合过程一定要释放能量

【答案】：A

【解析】：D、E平均核子质量大于 F平均核子质量，D、E结合成 F，出现质量亏损，要释放能量，

A对，B错；C、B结合成 A，F、C结合成 B都是质量增加，结合过程要吸收能量，C、D错．

【例题 2】下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的是(　　)

A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能

B．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大

C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大

D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大

【答案】　D

【解析】　核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错误；比结合能越大的

原子核越稳定，但比结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的比结合能比重核大，

但由于核子数比重核少，其结合能比重核小，B、C选项错误；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，

它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．

知识总结

结合能、比结合能的对比理解

(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明

原子核的结合能越大．

(2)比结合能为结合能与核子数的比值，比结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核

比轻核和重核的比结合能大．

【例题 3】．（多选）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.He 核比 Li 核更稳定

C．两个 H 核结合成 He 核时释放能量

D.U 核中核子的平均结合能比 Kr 核中的大

【【答案】】BC

【例题 4】如果把 O分成 8个质子和 8个中子，要给它多少能量？把它分成 4个He，要给它多少能量？

已知 O的核子比结合能是 7.98 MeV，He 的核子比结合能是 7.07 MeV.

【答案】：　127.68 MeV 14.56 MeV.

【解析】　把O分成质子和中子需提供的能量

ΔE1＝16×7.98 MeV＝127.68 MeV，

将质子和中子结合成一个 He 所放出的能量

ΔE2＝4×7.07 MeV＝28.28 MeV，

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