《学霸笔记 同步精讲》第5章 原子核与基本粒子 3.核反应　结合能（课件）高中物理教科版选择性必修3

(共31张PPT)
3.核反应　结合能
第五章
2026
课 标 定 位
1.知道什么是核反应,知道核反应的规律,会书写核反应方程。
2.知道原子核的结合能和比结合能的概念。
3.知道什么是质量亏损,能应用质能方程进行计算。
素 养 阐 释
物理观念:核反应、结合能、质量亏损、质能方程、比结合能。
科学思维:大胆猜想在研究中的作用。
科学态度与责任:通过对质能方程的学习了解原子核蕴含巨大的能量,并知道核能与普通能量产生过程的不同。
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
自主预习·新知导学
一、核反应
1.人工转变:用高能粒子轰击原子核制造出新元素及新的放射性同位素的过程。
2.核反应。
(1)定义:原子核与原子核或者原子核与其他粒子相互作用产生新核的过程,叫作核反应。
(2)规律:质量数守恒、电荷数守恒。
二、核能
1.结合能: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。
2.质量亏损:核反应后原子核的总质量小于核反应前原子核总质量的现象叫作质量亏损。
3.质能方程:爱因斯坦关于质量与能量之间联系的方程称为质能方程,关系式为E=m·c2。
4.比结合能:原子核的结合能ΔE除以核子数A称为原子核的比结合能,也叫平均结合能。比结合能是原子核稳定程度的量度。比结合能越大,原子核越稳定。
【思考讨论】
判断下列说法的正误。
(1)核反应是可逆的。(　　)
(2)结合能越大的原子核越稳定。(　　)
(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)组成原子核的核子越多,它的结合能就越高。(　　)
(5)根据爱因斯坦的质能方程我们可以得出质量就是能量。(　　)
√
×
×
×
×
合作探究·释疑解惑
知识点一
结合能、比结合能
【问题引领】
1.结合能就是原子核具有的能量吗
提示:不是。结合能是核子结合成原子核释放出的能量,并不是原子核具有的能量。
2.原子核的结合能越大,其比结合能也越大吗
提示:不一定。结合能是核子结合成原子核释放出的能量或原子核拆散成核子吸收的能量,而比结合能是核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量或原子核拆散成核子时每个核子平均吸收的能量,结合能大的原子核,比结合能不一定大;结合能小的原子核,比结合能不一定小。
【归纳提升】
1.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原子核的要小。
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。
【典型例题】
【例题1】 下列关于结合能和比结合能的说法正确的是(　　)
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:核子结合成原子核释放出的能量或原子核拆解成核子吸收的能量称为结合能,故A错误;比结合能越大的原子核越稳定,它的结合能还和核子的数量有关,故B错误;重核与中等质量原子核相比较,重核的结合能大,比结合能小,故C错误;中等质量原子核的比结合能和结合能都比轻核的大,故D
正确。
结合能的应用技巧
(1)组成原子核的核子越多,结合能越大。
(2)结合能与核子个数之比称作比结合能,比结合能越大原子核越稳定。
(3)结合能通常只用在原子核中。
【变式训练1】 下列说法正确的是(　　)
A.平均结合能越大,原子核越不稳定
B.已知中子质量、质子质量,便可算出核的结合能
C.氢核的平均结合能比铁核的小
D.结合能是指把原子核拆成自由核子所放出的能量
答案:C
解析:平均结合能越大,原子核越稳定,A错误;已知中子质量和质子质量还要知道核的质量才能计算核的结合能,B错误;氢核的平均结合能比铁核的小,C正确;原子核是核子结合在一起构成的,要把它们分开,需要吸收能量,D错误。
【问题引领】
知识点二
质能方程和核能的计算
1.质量亏损是不是这部分质量消失了或转变为能量了呢
提示:不是。物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损指的是静止质量的减少,并不是这部分质量消失了或转变为能量。
2.爱因斯坦质能方程中说明质量和能量可以相互转化吗
提示:不是。爱因斯坦质能方程说明了质量和能量这两个物理量间的对应关系,说明有质量就有能量,并不是说质量转化为能量。
【归纳提升】
1.对质能方程和质量亏损的理解
(1)质能方程
爱因斯坦的相对论指出,物体的能量和质量之间存在着密切的联系,其关系是E=mc2。
(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。这时质能方程也写为ΔE=Δmc2。
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/u。其中Δm的单位是u,ΔE的单位是MeV。
【典型例题】
【例题2】 已知中子的质量为mn=1.008 7 u,质子的质量为mp=1.007 2 u,氘核的质量为mD=2.013 5 u。
(1)写出中子和质子结合成氘核的核反应方程。
(2)求质子与中子结合为氘核的过程中释放的核能。(已知1 u相当于931 MeV的能量,结果保留两位有效数字)
【变式训练2】 天文学家估测:太阳已存在50亿年了。有人认为:50亿年来,因释放核能而带来的太阳质量变化几乎可以忽略。请你通过计算说明这种观点的合理性。可能用到的数据:太阳的质量约为m0=2×1030 kg;太阳辐射的总功率为P0=4×1026 W;1年≈3×107秒。
答案:见解析
课 堂 小 结
随 堂 练 习
答案:BD
解析:根据电荷数守恒、质量数守恒,可知A中X的电荷数为2,质量数为4,是氦核,故A错误;B中X的电荷数为1,质量数为1,为质子,故B正确;C中X的电荷数为1,质量数为0,为正电子,故C错误;D中X的电荷数为1,质量数为1,为质子,故D正确。
2.(质能方程)关于质能方程E=mc2,下列说法正确的是(　　)
A.质量和能量可以相互转化
B.当物体向外释放能量ΔE时,其质量必定增加Δm,满足ΔE=Δmc2
C.物体的核能可以用mc2表示
D.mc2是物体所蕴藏能量的总和
答案:D
解析:质量和能量无法相互转化,因为二者根本就是一个整体,不能说成互相转化,故A错误;当物体向外释放能量时,其质量必减少,而不是增加,故B错误;核能指的是核反应释放的能量,并不是物体的全部能量,而mc2表示物体包含的总能量,故C错误,D正确。
3.(结合能与比结合能)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(　　)
答案:A
(2)0.020 3 u
(3)18.909 45 MeV
(2)核反应前后的质量亏损Δm=mLi+mp-2mα=(7.016 0+1.007 3-2×4.001 5) u=0.020 3 u。
(3)由质能方程得,核反应释放的能量ΔE=Δmc2=0.020 3×931.5 MeV=18.909 45 MeV。