3核力与结合能[学习目标]　1.知道核力的概念、特点和四种基本相互作用.2.了解结合能和比结合能的概念.3.认识原子核的结合能及质量亏损，并能应用质能方程进行相关的计算．一、核力与四种基本相互作用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，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．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，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


二、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，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．中等大小的核的比结合能最大，最稳定．三、质量亏损1．质能方程物体的能量与它的质量的关系是：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．1．判断下列说法的正误．(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．(　×　)(2)弱相互作用是引起原子核β衰变的原因．(　√　)(3)原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(　×　)(4)比结合能越大，原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大．(　×　)2．已知α粒子(He)是由2个质子、2个中子组成的，取质子的质量mp＝1.672 6×10－27 kg，中子的质量mn＝1.674 9×10－27 kg，α粒子的质量mα＝6.646 7×10－27 kg，光速c＝3.0×108m/s.则α粒子的结合能为________．(结果保留两位有效数字)答案　4.3×10－12 J解析　组成α粒子的核子与α粒子的质量差Δm＝(2mp＋2mn)－mαα粒子的结合能ΔE＝Δmc2代入数据得ΔE≈4.3×10－12 J.一、核力与四种基本相互作用1．核力(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10－15 m 数量级时起作用，距离大于0.8×10－15 m时为引力，距离小于0.8×10－15 m时为斥力，距离超过1.5×10－15 m时核力几乎消失．(3)核力具有饱和性，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，而不是与核内所有核子发生作用．


如图所示从
图中可看出，中等大小的核的比结合能最大，轻核和核的比结合能都比中等大小的核的比结合能要小重(2020·济宁
一中高二期中)原子核的比结合能曲线如所图1示．根据该列线，下曲判断正确的有(　　)
2．四种基本相互作用的作用尺度(1)在原子核内，强相互作用将核子束缚在一起．(2)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)万有引力主要作用于宏观和宇宙尺度上，是万有引力使行星绕着恒星运行，并且联系着星系团．(多选)对于核力，以下说法正确的是(　　)A．核力是弱相互作用力，作用力很小B．核力是强相互作用的表现，是强力C．核子之间的距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起D．人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10－15m时核力的变化规律更清楚答案　BC解析　核力是强相互作用的一种表现，它的作用范围在1.5×10－15 m之内，核力比库仑力大得多，选项B正确，A错误；核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小；在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起，选项C正确；人们对核力的了解还不是很清楚，这是科学家们正在奋力攻克的堡垒，选项D错误．二、结合能和比结合能结合能把原子核分成核子时吸收的能量或核子结合成原子核时放出的能量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比结合能曲线不同原子核的比结合能随质量数变化图线


根据图
像比He核的知结合能约为7 MeV，所以结合能ΔE7×4 MeV＝28 MeV＝，故题B错误．由
图可能H的比结合知约为1 MeV，则H核结合能为2 MeV；He核的比结合能为7 MeV，结合能为28 MeV，则两个H核结合成He核时放出能量，选项C错误．由
题图图像可U核中核子的平均结合能比Kr核中的小，选项D知，错误．三、质量亏损　核能的计算1．质量亏损Δm的
理解所
谓质量亏损，并不是质量消失，而是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E2．质能方程．＝mc2的
理解(1)根
据质能方程，物体的总增量与其质量成正比能物体质量．加则，总增能量随之加；质量减
少，总能量也随之减少，这时质能方程也写cΔE＝Δm作2.(2)运用质能方程时应
注意单位．一般情况下，公式中各取量应都国际单位制单．位但在微观
领域，用国际单位制单位往往比较麻烦，习惯上常用“原子质量单电子”和“位伏特”作为质量和能量的
单11 u对应93位，.5 MeV能量．命题角
度1　爱因斯坦质能方程的理解下列有关质能方程的说法中，正确的是(　　)A．
爱因斯坦质能方程反映了物体的质量就是能量，它们之间可B．由以相互转化E＝mc2可
，，能量与质量之间存在着正比关系知可以用物体的质量作为所它蕴藏质量亏损能量的量度C．核反应中发生的“的”是消失的质量转变为能量D．因为在核反应中
产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒、系统的总能量和总
质量并不守答案　B解析　恒E＝mc2说
明与量和质量之间存在着联系，即能量能质量之间存在着正比关系，但并不说
明能量和质量之间存在相互转化的关系，项正确；核反应中发生的A项错误，B故“质量亏损”并不是质量消失，
实际上是由静止的质量突变成运动的质量，并不是质量转变成能量，
量C项错误；在核反应中，质故守恒，能也量守恒，在核反应前后只是能量式存在方的
不同，总能量不变，只是物质由静质量变成动质量，故D项错误．
图1A．He核比Li核更稳定B．He核的结合能约为14 MeVC．两个H核结合成He核时吸收能量D．U核中核子的平均结合能比Kr核中的大答案　A解析　比结合能越大，核越稳定，He核比Li核比结合能大，则更稳定，选项A正确．


度2　核能的计算一个
锂核(Li)受到一个质子的轰击2α粒子．已知质子的质量是1.67，变成两个 6×10－27 kg，
锂 11.650核的质量是5×10－27 kg，氦×6.646 6核的质量是10－27 kg，光速c＝3×108 m/s.(1)写
出上述核反应的方程；(2)计算上
述核反应释答案放的能量．　(1)Li＋H→2He　(2)2.691×10－12 J解析　(1)该
核反应方程为Li＋H→2He(2)核反应的质量亏损Δm＝mLi＋mp－2mα＝(11.650 5×10－27＋1.672 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝2.99×10－29 kg释
放的能量ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2 J＝2.691×10－12 J.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mΔ的质量亏损.(2)根
据爱因斯坦cΔE＝Δm质能方程2计算核能．①若Δm的
单位是千代入，计算得克，则需要将＝3×108 m/sc到的ΔE的单位为焦耳．②若Δm的
单位是原子质量单位u，则可ΔE＝Δ用m×931.5 MeV计算，即用质量亏损的原子质量
单位数乘5931.以 MeV.(1 u相当 931.5于MeV)2．
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，就是该核反应所释放(或吸收)的核能．针
对练　(训多选)在某些u星内，3个α粒子结合成一个C，C原子核的质量是12.000 0恒，He原子核的质量是4.002 6 u，已知1 u的质量对应931.5 MeV的能量，则此核反应所
释放的核能约为(　　)A．7.265 7 eV B．5.265 7 eVC．1.16×10－12 J D．1.16×10－9 J答案　AC解析　由
爱因斯坦2ΔE＝Δmc质能方程得＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝7.265 7 MeV＝7.265 7×106×1.6×10－19 J≈1.16×10－12 J，
故A、C正确．1．(核力的特点)(多选)关于核力，下列说法中正确的是(　　)A．核力是一种特
殊有核B．原子核内只有质子和质子间的万有引力力作用，而中子和中子之间、质子和中子之间则
没有核
命题角


半径110－数量级为5 m，所以核力只存在于相邻的核子之间，核力是原子核稳定存在的原因，
故C、D.2．(选结合能、比结合能)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把原子核
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，因此中等质量原子核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
轻核的大答案　D解析　核子结合成原子核要放出能量，原子核
拆解成核子要吸收能量，A选项错误；比结合能越大的原子核越稳定，
但其结合能不一定大，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、小，B核C选项错误；中等质量原子核的比结合能比
轻核的大，核子数又比轻核�