《高二物理备课导学案（人教版2019选择性必修第三册）》5.3 核力与结合能（解析版）

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第 3 节　核力与结合能
【知识梳理与方法突破】
1.结合能和比结合能的理解
（1）结合能不是核子结合成原子核需要的能量，而是将原子核的核子拆开时需要的能量。
（2）比结合能比结合能更有意义，它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。
2.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。
3.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。
（2）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，减少的静止质量在核子结合
成核的过程中以能量的形式辐射出去了，转化为和辐射能量相联系的运动质量。
（3）从质量亏损可知，质量是物体具有能量的多少及能量转化多少的一种量度。
4.质能方程
E=m c2
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。具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是
一定的。
E=m c2
，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，这时质能方程也写成
ΔE=Δm c2
。
5.核能的计算方法
（1）根据质量亏损计算
①根据爱因斯坦质能方程
ΔE=Δm c2
计算。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原子质量单位
相当于
931.5 MeV
的能量，
ΔE=Δm× 931.5 MeV
，其中
Δm
的单位为
u
，
ΔE
的单位为
MeV
。
（2）利用平均结合能来计算
原子核的结合能=核子的平均结合能×核子数。
（3）利用核反应前后结合能之差来计算
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，就是该核反应所
释放(或吸收)的核能。
6.判断核反应过程是释放能量还是吸收能量的方法
（1）根据反应前后质量的变化情况进行判断：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。
（2）根据动能变化判断：若不吸收光子而动能增加则放出能量。
【例】用中子轰击 原子核，发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为 ，则以下
说法中正确的是（）
A．X原子核中含有 84 个中子
B．反应生成物的总结合能比 原子核的结合能小
C．X原子核中核子的平均质量比 原子核中核子的平均质量小
D．X原子核中核子的比结合能比 原子核中核子的比结合能大
【答案】CD
【详解】A．根据电荷数守恒、质量数守恒知，X的质量数为 140，电荷数为 54，则中子数为 86，故 A错误；
B．在裂变的过程中，有能量释放，则反应生产物的总结合能比 原子核的结合能大，故 B错误；
CD．X原子核属于中等核，则原子核中核子的平均质量比 原子核中核子的平均质量小，原子核的比结
合能较大，故 CD 正确。 故选 CD。
【针对训练】静止在匀强磁场中的原子核 X发生 α衰变后变成新原子核 Y。已知核 X的质量数为 A，电荷数
为Z，核 X、核 Y和α粒子的质量分别为 mX、mY和mα，α粒子在磁场中运动的半径为 R。则（）
A．衰变方程可表示为 B．核 Y的结合能为
C．核 Y在磁场中运动的半径为 D．核 Y的动能为
【答案】AC
【详解】A．根据质量数和电荷数守恒可知，衰变方程可表示为 ，A正确；
B．此反应中放出的总能量为 可知核 Y的结合能不等于 ，B错误；
C．根据半径公式 又 mv=p
（
动量）则得 在衰变过程遵守动量守恒，根据动量守恒定律得
则 得半径之比为 则核 Y在磁场中运动的半径为 故 C正确；
D．两核的动能之比 因 解得
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