第5节 核力与结合能
1.了解四种基本相互作用，知道核力的性质． 2.能解释轻核和重核内中子数、
质子数具有不同比例的原因．
3．知道原子核的结合能和比结合能的概念． 4.知道什么是质量亏损，能应用质能方程进行计算．
一、核力与四种基本相互作用
1．核力：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
－15
_m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
??四种基本相互作用—
—电磁力——?—长程力—??
?—万有引力—
??
?—强相互作用—
弱相互作用的力程比
—短程力—?
?—弱相互作用—强力更短，为10－18m?
在相同距离上，电磁力大约比万有引力
35
强10倍
1．(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．( ) (2)原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的．( ) (3)弱相互作用是引起β衰变的原因．( ) 提示：(1)× (2)× (3)√
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，越重的原子核两者相差越多． 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称为比结合能．比结合能越大，表示原子
1
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．
2．(1)自然界中的原子核内，质子数与中子数大致都相等．( ) (2)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大．( ) (3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．( )
(4)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．( ) 提示：(1)× (2)√ (3)× (4)× 三、质量亏损
1．爱因斯坦质能方程：E＝mc．
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：ΔE＝Δmc．
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．
知识点一 根据核力的性质解释原子核的稳定性
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距离小于0.8×10
－15
－15
2
2
m数量级时起作用，距离大于0.8×10
－15
－15
m时为引力，
m时为斥力，距离为10×10 m时核力几乎消失．
(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，而不是与核内所有核子发生作用．
(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)形成原因：
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一定程度时，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
2
距离会大到其间根本没有核力的作用，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．
对核力的理解
下列关于核力的说法正确的是( )
A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用 B．核力就是电磁力
C．核力是短程力，作用范围在1.5×10D．核力与电荷有关
[解析] 核力是短程力，超过1.5×10
－15－15
m之内
m，核力急剧下降几乎消失，故选项C正确．核
力与万有引力、电磁力不同，故选项A、B错误．核力与电荷无关，故选项D错误．
[答案] C
原子核中质子和中子数比例
(多选)关于原子核中质子和中子的比例，下列说法正确的是( ) A．原子核中质子和中子的个数一定相等 B．稳定的重原子核里，中子数要比质子数多
C．原子核大到一定程度时，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
D．质子和中子可以组合成任意稳定的核
[解析] 因为库仑力是长程力，它作用于核内所有质子，而核力只作用于相邻的核子，随着Z的增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用．因此，随着Z的增加，稳定核的中子数越来越大于质子数．
[答案] BC
(1)核力表现方面：核力并不只是引力，当距离小于0.8×10
现为斥力，核子不会融合在一起．
(2)原子核的质子数与中子数方面：较轻的原子核，质子数与中子数差不多，较重的原子核中子数大于质子数．
知识点二 对结合能和比结合能的理解
1．结合能：要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． 2．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．
3．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．
－15
m时，表
3
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．
(多选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是( ) A．核子结合为原子核时，一定释放能量 B．核子结合为原子核时，可能吸收能量 C．结合能越大的原子核越稳定 D．比结合能越大的原子核越稳定
[解题探究] (1)核子结合成原子核时是放出能量还是吸收能量？ (2)结合能越大，原子核越稳定吗？
[解析] 由自由核子结合为原子核的过程中，核力做正功，释放出能量．反之，将原子核分开变为自由核子，它需
要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；核子越多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．
[答案] AD
(1)比结合能的大小反映了原子核的稳定程度，比结合能越大，原子核越
稳定．
(2)结合能ΔE＝nE由核子数和比结合能共同决定．
(3)中等质量的原子核的比结合能较大，因而中等质量的原子核较稳定．
1.下列说法中正确的是( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核分解成核子放出的能量称为结合能 B．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 C．中等质量的原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大 D．以上说法均错误
解析：选C.原子核分解成核子时需要吸收的能量为结合能，它等于核子结合成原子核时放出的能量，所以选项A错误；中等质量的原子核比结合能较大，所以选项B错误；中等质量的原子核的比结合能较大，核子数又较多，其结合能比轻核的要大，所以选项C正确．
知识点三 对质量亏损和质能方程的理解
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1．质量亏损：所谓质量亏损，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．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．总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是E＝mc.
2．质能方程E＝mc
(1)质能方程说明，一定的质量总是跟一定的能量相联系的．具体地说，一定质量的物体所具有的总能量是一定的，等于光速的平方与其质量之积，这里所说的总能量，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)质能方程的本质
①质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性(质量和能量)等同起来；
②质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在数值上的联系决不等于这两个量可以相互转化．
下列说法中，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，它们之间可以相互转化
B．由E＝mc可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体质量作为它所蕴藏的能量的量度
C．核反应中发现的“质量亏损”是消失的质量转变为能量
D．因为在核反应中能产生能量，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恒
[解析] E＝mc说明能量和质量之间存在着联系，即能量与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，故A错误，B正确；核反应中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是由静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变成能量，故C错误；在核反应中，质量守恒，能量也守恒，在核反应前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反应前后只是物质由静质量变成动质量，故D错误．
[答案] B
质能方程反映了质量与能量的对应关系，物体的能量跟其质量成正比，
即一定的能量必定对应着一定的质量，质量不能转化为能量．
2.对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc，下列说法中不正确的是
( )
A．E＝mc表明物体具有的能量与其质量成正比 B．根据ΔE＝Δmc可以计算核反应中释放的核能
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