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4.2 结合能

原子核的结构、衰变与核能 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 原子核分解为自由核子所需的能量,或自由核子结合成原子核释放的能量。

从哪来 基于1.3 原子核式结构和1.2 卢瑟福模型(核式结构模型),理解原子核由质子和中子组成,且存在强相互作用力将核子束缚在一起。

为什么 根据质能方程 $E=mc^2$,自由核子的总质量大于原子核的质量(质量亏损)。这部分“消失”的质量转化为能量释放出来,即结合能。结合能越大,说明核子结合得越紧密,原子核越稳定。

类比法
适合形象思维强、抽象概念理解困难的学生。 将原子核比作一个紧密团结的团队,结合能就是“解散团队”所需的补偿金。如果解散需要付出巨大代价(结合能大),说明这个团队凝聚力极强(原子核稳定)。
能量守恒法
适合逻辑严密、擅长物理过程分析的学生。 从能量角度切入:自由核子(高势能状态)→ 结合成原子核(低势能状态)。势能降低,能量释放。结合能即为系统势能降低的量值。强调“释放”与“束缚”的能量等价性。
数据对比法
适合喜欢量化分析、对数值敏感的学生。 直接计算不同原子核(如氘核、铁-56、铀-235)的比结合能。让学生发现铁-56的比结合能最大,从而直观理解为什么铁核最稳定,以及核裂变和核聚变为何能释放能量(向比结合能更大的方向转化)。
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练一道
基础题
已知氘核($^2_1H$)的质量为 $2.01355 u$,质子质量为 $1.00728 u$,中子质量为 $1.00866 u$,$1 u$ 相当于 $931.5 MeV$ 的能量。求氘核的结合能。
变式
若将一个氘核分解为一个质子和一个中子,需要吸收多少能量?若该能量由一个光子提供,求该光子的频率($h=6.63\times10^{-34} J\cdot s$)。
试试手自己判
检测题
下列说法正确的是( ) A. 原子核的结合能越大,原子核越稳定 B. 比结合能越大,原子核中核子结合得越牢固 C. 核反应中质量亏损越大,释放的能量越小 D. 自由核子结合成原子核时,质量增加
看答案和判分标准
答案:B
判对标准:
选B。A错在混淆结合能与比结合能;C错在违背质能方程,质量亏损越大释放能量越大;D错在违背质量亏损定义,结合过程质量应减少。
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