2018版 第3章 4.原子核的结合能
最新版高中物理原子核3.4原子核的结合能课件教科版教学讲义ppt
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；平均结合能越大的原子核越稳定 ，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如 中等质量原子核的平均结合能比重核大，但由于核子数比 重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错误；中等 质量原子核的平均结合能比轻核的大，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 ．
【例 2】 某核反应方程为12H＋31H→24He＋X.已知21H 的质量为
2.013 6 u，31H 的质量为 3.018 0 u，24He 的质量为 4.002 6 u，X
的质量为 1.008 7 u．则下列说法中正确的是
()
A．X量
C．X 是质子，该反应吸收能量
借题发挥 结合能、平均结合能的对比理解 (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)平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大表 明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核 和重核的平均结合能大．
针对训练 1 一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，
2．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原 子核时会释放核能．
3．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原 子核越稳定，中等核子数的原子核，平均结合能较大， 原子核较稳定．
【例1】 下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有 ()
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．平均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，重核的结合能和平均结 合能都大 D．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 答案 D
2020年高考物理素养提升专题16 原子结构与原子核(解析版)
素养提升微突破16 原子结构与原子核——认知物体的微观结构原子结构与原子核原子结构与原子核是最近两年调整为必考考点，考试中一般以选择题形式出现，难度不高，属于理解记忆为主，但微观结构看不见，需要考生有丰富的想象能力建模能力。
【2019·新课标全国Ⅰ卷】氢原子能级示意图如图所示。
光子能量在1.63 eV~3.10 eV 的光为可见光。
要使处于基态（n =1）的氢原子被激发后可辐射出可见光光子，最少应给氢原子提供的能量为A ．12.09 eVB ．10.20 eVC ．1.89 eVD ．1.5l eV【答案】A【解析】由题意可知，基态（n=1）氢原子被激发后，至少被激发到n=3能级后，跃迁才可能产生能量在1.63eV~3.10eV 的可见光。
故 1.51(13.60)eV 12.09eV E ∆=---=。
故本题选A 。
【素养解读】本题考查波尔原子理论和能级跃迁，意在考查考生的理解能力。
一、原子的核式结构1．电子的发现英国物理学家汤姆孙在研究阴极射线时发现了电子，提出了原子的“枣糕模型”。
2．α粒子散射实验 (1)α粒子散射实验装置(2)α粒子散射实验的结果：绝大多数α粒子穿过金箔后基本上仍沿原来的方向前进，但少数α粒子穿过金箔后发生了大角度偏转，极少数α粒子甚至被“撞了回来”。
【典例1】【2019·江苏卷】100年前，卢瑟福用α粒子轰击氮核打出了质子．后来，人们用α粒子轰击6028Ni 核也打出了质子：460621228291He+Ni Cu+H X →+；该反应中的X 是 （选填“电子”“正电子”或“中子”）．此后，对原子核反应的持续研究为核能利用提供了可能．目前人类获得核能的主要方式是 （选填“核衰变”“核裂变”或“核聚变”）。
【答案】中子 核裂变【解析】由质量数和电荷数守恒得：X 应为：10n 即为中子，由于衰变是自发的，且周期与外界因素无关，核聚变目前还无法控制，所以目前获得核能的主要方式是核裂变；【素养解读】本题通过原子核的人工转变考查了核反应方程中的质量数守恒、电荷数守恒等规律。
教科版高中物理选修3-5：《原子核的结合能》课件2-新版
变式训练2 质子、中子和氦核的质量分别为m1、 m2和m3，真空中的光速为c，当质子和中子结合 成氦核时，释放的能量是( ) A．(2m1＋2m2)c2 B．m3c2 C．(m3－2m1－2m2)c2 D．(2m1＋2m2－m3)c2
解析：选D.氦核由两个质子和两个中子结合而 成，结合时总质量减小，质量亏损Δm＝(2m1＋ 2m2－m3)． 释放的能量为：ΔE＝(2m1＋2m2－m3)c2.
第4节 原子核的结合能
课标定位
课前自主学案
第
4
节
核心要点突破
课堂互动讲练
课标定位
1．认识原子核的结合能，理解爱因斯坦的质能 方程． 2．能根据质量亏损利用质能方程计算结合能．
课前自主学案
一、原子核的结合能及其计算 1．结合能：由分散的核子结合成原子核的过 程中所__释__放__出__的__能__量__称为原子核的结合能， 它也等于把原子核中的各个核子拆开时 __克__服__核__力______所需做的功． 2．结合能的计算 (1)质量亏损：原子核的静质量与构成它的所有 核子单独存在的总静质量的差． (2)爱因斯坦质能方程：___E_＝__m__c_2 ___，由此式 也可得出ΔE＝Δmc2.
两
个
中
子
和
一
个
质
子
结
合
为
一
个
氚
核
3 1
H(质量是 3.0180 u)时，质量亏损是多少？释
放 的 能 量 是 多 少 ？ (mn ＝ 1.0087 u ， mp ＝
1.0072 u,1 u＝931.5 MeV)
解析：两个中子和一个质子的总量是 m1＝2mn＋mp＝3.0246 u，mH＝3.0180 u Δm＝m1－mH＝0.0066 u 而1 u相当于931.5 MeV, 故 ΔE＝0.0066×931.5 MeV＝6.15 MeV. 答案：0.0066 u 6.15 MeV
教科版物理选修3-5第三节 原子核的结合能(共18张PPT)
核反应方程为：
2 1
H
13H
24He
01n
4、一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光
子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常数
为h，真空中的光速为c，下列说法正确的是（
）
B
A、核反应方程是 11H 01n13H
B、聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3
2、联合国将2005年定为“国际物理年”，以纪念爱因斯坦对 物理学的巨大贡献。对于爱因斯坦提出的质能方程E=mc2，
下列说法中正确的是（ AC）
A、E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比 B、 E=mc2中的E表示发生核反应过程中释放的核能 C、 根据ΔE= Δ mc2 可以计算核反应中释放的核能 D、 Δ E= Δ mc2 表示发生的质量亏损Δ m转变成为能量Δ E释 放出来
U-235
Li-6
比结合能：
结合能
= 核子数
1）概念：原子核的结合能与核子数之比
2）理解：核子结合成原子核时，平均每个核子 所释放的结合能，它也等于把原子核拆散成每个 核子时，外界必须提供给每个核子的平均能量。
3）意义：它反映了一个原子核稳定程度。平均 结合能越大，核越稳定。
比结合能（MeV/核子）
反应后质量/kg
m氘
3.3436×10－27
总质量 3.3436×10－27
实验值： 2.22Mev
理论值：Δm=(mn+mp-m氘）=0.0039 ×10－27kg
ΔE = Δmc 2 = 0.0039 10－27 (3.0 ×108 )2 3.511013 J
3.5110 13 1.6 10 19 106
《原子核的结合能》课件
2
α衰变、β衰变和γ衰变
各种衰变方式具有不同的特点和释放的粒子类型。α衰变放出α粒子，β衰变放出 β粒子，γ衰变放出γ射线。
3
质能守恒定律在衰变中的应用
质能守恒定律说明衰变过程中质能的守恒性，即总质能不受衰变影响。
能级结构
பைடு நூலகம்
原子核的能级结构
能级图的构建
原子核中存在不同的能级，这些 能级会影响原子核的性质和反应。
能级图以一种直观的方式显示原 子核中的能级分布和跃迁过程。
核素的分裂反应
核裂变是一类重要的反应，可以 释放大量能量，用于核能产生。
原子核的应用
核能应用
• 电力生产 • 放射性同位素检测 • 医学诊断和治疗
七十二碳靶计划
七十二碳靶计划是一项基础研 究计划，旨在探索新的元素和 核结构。
化学元素的合成与发 现
研究原子核可以帮助科学家合 成和发现新的化学元素。
总结
1 原子核结合能及稳定性
原子核的结合能决定了核的稳定性，影响着核的性质和反应。
2 原子核衰变及能级结构
原子核衰变是核自发变成更加稳定核的过程，能级结构决定了核的能量和跃迁。
3 原子核在应用中的重要性
原子核的应用广泛涉及能源、医疗和基础研究等领域。
《原子核的结合能》PPT 课件
原子核的结合能是研究核物理领域中重要的概念。结合能定义和影响因素、 核稳定性、原子核衰变、能级结构以及原子核的应用将在本课件中详细介绍。
什么是原子核结合能
定义
原子核结合能是维持原子核的稳定所需的能量，表示核内的质子和中子之间的相互作用力。
影响因素
核子数量、核子质量、核子结合方式等因素都会影响原子核的结合能。
原子核稳定性的判据
原子结合能最大的是哪一层
原子结合能最大的是哪一层
原子结合能是描述原子内部粒子之间的相互作用力的物理量，它反映了原子内部结构的稳定性和能量状态。
在原子的不同层次结构中，原子结合能会有所不同。
那么，原子结合能最大的是哪一层呢？
原子结构分为核内部的原子核和外部环绕着原子核的电子云。
在原子核和电子云之间存在相互作用力，这种相互作用力就是原子结合能。
在原子结构中，电子云和原子核之间的相互作用力是通过多种作用力综合作用而形成的。
在原子结合能中，最大的是原子核内部的结合能。
原子核内部的结合能是由核力（也称为强力）维持的。
核力是原子核内部相互作用的力，是一种极短程的作用力，只在原子核内部的质子和中子之间才起作用。
核力是一种非常强大的作用力，它可以克服质子之间的库伦排斥力，使得原子核中的质子和中子紧密结合在一起，形成稳定的原子核结构。
与核内部的结合能相比，电子云和原子核之间的结合能相对较小。
电子云和原子核之间的结合能是由库伦力（也称为静电力）维持的。
库伦力是正电荷和负电荷之间的相互作用力，是一种长程力。
在原子结构中，电子云的负电荷受到原子核的吸引力，使得电子云围绕着原子核运动，形成稳定的原子结构。
综上所述，原子结合能最大的是原子核内部的结合能。
核力作为原子核内部相互作用的主要力量，能够在原子核中维持质子和中子之间的稳定结合。
而电子云和原子核之间的结合能较小，主要是由库伦力维持的，使得电子云和原子核之间形成稳定的原子结构。
不同层次的原子结合能相互作用形成了稳定的原子结构，维持着物质的稳定和结构的完整性。
核力与结合能课件
3．四种基本相互作用 (1)万有引力(长程力) (2)电磁相互作用(长程力) (3)强相互作用(短程力) (4)弱相互作用(短程力)
原子核中质子与中子的比例
● 1.较轻的原子核
● 质子数和中子数___大__致__相_等__。
● 答案：BC
对结合能与比结合能的理解
●
()
下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有
● 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
三、结合能的计算方法 1．根据质量亏损计算 (1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损 Δm。 (2)根据爱因斯坦质能方程 ΔE＝Δmc2 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 (1)明确原子单位 u 和电子伏特之间的关系 1u＝1.6606×10－27kg,1eV＝1.602178×10－19J 由 E＝mc2 得 E＝1.6606×110.－62×7×102－.19998×1082eV＝931.5MeV (2)根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5MeV 的能量，用核 子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以 931.5MeV， 即 ΔE＝Δm×931.5MeV。 其中 Δm 的单位是 u，ΔE 的单位是 MeV。
● 2．核力的饱和性 ● 稳定的重原子核里，中子数要比质子数多。由于核子 的作用范围是有限的，核力具有饱和性，如果我们继续增 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，这时即使再增加中子，形成的核也一定是不稳定 的。所以，原子核大小也受到限制。
高中物理选修3-5-核力与结合能
核力与结合能知识集结知识元原子核的结合能知识讲解核力与核能1．核力（1）含义：原子核里的核子间存在互相作用的核力，核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核．（2）特点：①核力是强相互作用的一种表现；②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内③因此每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用．2．结合能（1）含义：核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能。
3．比结合能（1）定义：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。
（2）特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。
4．质量亏损与质能方程（1）质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差。
（2）质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E=mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．①核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE=Δmc2；②原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE=Δmc2.例题精讲原子核的结合能例1.下列说法中正确的有（）A．“康普顿效应”说明了光具有波动性B．目前的核电站、核潜艇在利用核能时，发生的核反应均是重核裂变C．β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的D．结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢，原子核越稳定例2.原子核的比结合能曲线如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是（）A．重核裂变成和要吸收能B．核的结合能约为2MeV量C．中等质量的原子核最不稳定D．两个核结合成核要释放能量例3.原子核的比结合能曲线如图所示。
根据该曲线，下列说法中正确的是（）A．核比核更稳定B．核的结合能约为7MeVC．两个轻核发生聚变反应，产生的新核的质量一定大于两个轻核的质量和D．在核反应中，只有比结合能较小的原子核变成比结合能较大的原子核才会释放核能例4.较轻的核的比结合能____中等大小的核的比结合能（填“大于”、“等于”、“小于”）。
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【答案】 B
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5． (多选)如图 341 所示是描述原子核核子的平均质量 m 与原子序数 Z 的关 系曲线，由图可知下列说法正确的是 ( )
A．将原子核 A 分解为原子核 B、C 一定放出能量 B．将原子核 D、E 结合成原子核 F 可能吸收能量 C．将原子核 A 分解为原子核 B、F 一定释放能量 D．将原子核 F、C 结合成原子核 B 一定释放能量
[再判断] 1．原子核的结合能就是核子结合成原子核时需要的能量．(×) 2．质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×) 3．质能方程 E＝mc2 表明了质量与能量间的一种对应关系．(√)
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[后思考] 有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？
【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，核子的个数并没有变化．
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1．对质量亏损的理解 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，这时质能方程也写为 ΔE＝Δmc2.
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2．核聚变和核裂变 (1)核聚变：两个轻核结合成 较重的单个原子核时会释放 能量，这样的过程
4 2 2 叫核聚变．两个氘核的聚变：1H＋1H→ 2He
.
(2)核裂变：一个重核分裂为两个(或多个)中等质量的核时释放出能量，这样 的过程叫核裂变．
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[再判断] 1．原子核的核子数越多，比结合能越大．(×) 2．比结合能越大，原子核越稳定．(√) 3 ．由比结合能曲线可知，核聚变和核裂变两种核反应方式都能释放核 能．(√)
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原 子 核 的 结 合 能 及 其 计 算
[先填空] 1．结合能 核子结合成原子核 所 释放的能量． 2．质能关系 (1)物体的能量与其质量的关系式 E＝ mc2 .
Δmc2 . (2)能量计算 ΔE＝
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3．质量亏损 核反应中的质量减少 称为质量亏损．
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4．下列关于结合能和比结合能的说法中，正确的有( A．核子结合成原子核时吸收能量 B．原子核拆解成核子时要吸收能量
)
C．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 D．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
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【解析】 核子结合成原子核时放出能量，原子核拆解成核子时吸收能量， A 错误，B 正确；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，其结合能比重核反而小，C、D 选项错误．
知 识 点 一
4.原子核的结合能
知 识 点 二
学 业 分 层 测 评
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学 习 目 标 1.知道原子核的结合能及质量亏 损，并能用质能方程进行计 算．(重点、难点) 2.知道比结合能的概念，知道比 结合能越大的原子核越稳定，了 解比结合能曲线的意义．(重点)
知 识 脉 络
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【解析】 质能方程 E＝mc2 表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系 的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一 定值，并可根据 ΔE＝Δmc2 进行计算，故 B、D 对．
Hale Waihona Puke 【答案】 BD上一页
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3． 取质子的质量 mp＝1.672 6×10 α 粒子的质量 mα＝6.646 7×10
图 341
【解析】 因 B、C 核子平均质量小于 A 的核子平均质量，故 A 分解为 B、 C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故 A 正确，同理可得 B、D 错，C 正确．
【答案】 AC
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6．当两个中子和两个质子结合成一个 α 粒子时，放出 28.30 MeV 的能量， 当三个 α 粒子结合成一个碳核时，放出 7.26 MeV 的能量，则当 6 个中子和 6 个 质子结合成一个碳核时，释放的能量约为________．
【答案】 4.3×10
－12
J
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核能的两种单位 两 种 方 法 计 算 的 核 能 的 单 位 分 别 为 “J” 和 “MeV” ， 1 MeV ＝ 1×106×1.6×10－19 J＝1.6×10－13 J.
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比 结 合 能
[先填空] 1．比结合能 ΔE 原子核的结合能 ΔE 除以 核子数A ， A 称为原子核的比结合能，又叫平均 结合能．
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【解析】
核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核
能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之 和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形 式向外释放，故正确答案为 A、C、D.
【答案】 ACD
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【答案】 92.16 MeV
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对比结合能曲线的理解 由曲线可知中等质量的核的比结合能最大，核最稳定．质量较大的重核裂 变成中等质量的核要释放能量，质量较小的轻核聚变时也要释放能量．
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学业分层测评（十一）
点击图标进入
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[后思考] 裂变反应发生后，裂变反应生成物的质量增加还是减小？为什么？
【提示】 的质量减小．
减小．裂变反应释放大量的能量，所以发生质量亏损，反应后
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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，就可能释放 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．
－27
－27
kg， 中子的质量 mn＝1.674 9×10
－27
kg，
kg， 光速 c＝3.0×108 m/s.请计算 α 粒子的结合
能．(计算结果保留两位有效数字)
【解析】 组成 α 粒子的核子与 α 粒子的质量差 Δm＝(2mp＋2mn)－mα 结合能 ΔE＝Δmc2 代入数据得 ΔE＝4.3×10－12 J.
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1．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出 γ 光子，核反应方程
1 2 是1 H ＋ n → 1 0 1H＋γ，以下说法中正确的是(
)
A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和 B．反应前后的质量数不变，因而质量不变 C．反应前后质量数不变，但会出质量亏损 D．γ 光子的能量为 Δmc2，Δm 为反应中的质量亏损，c 为光在真空中的速 度
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2．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算 ①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损 Δm. ②根据爱因斯坦质能方程 ΔE＝Δmc2 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 根据 1 原子质量单位(u)相当于 931.5 MeV 的能量，用核子结合成原子核时 质量亏损的原子质量单位数乘以 931.5 MeV，即 ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中 Δm 的单位是 u，ΔE 的单位是 MeV.
【解析】 6 个中子和 6 个质子可结合成 3 个 α 粒子， 放出能量 3×28.30 MeV ＝84.9 MeV， 3 个 α 粒子再结合成一个碳核，放出 7.26 MeV 能量，故 6 个中子和 6 个质 子结合成一个碳核时，释放能量为 84．9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.
2．(多选)关于质能方程，下列哪些说法是正确的(
) 【导学号：22482045】
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量 B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值 C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下 的数量关系 D．一定量的质量总是与一定量的能量相联系的