【高中物理第十九章原子核第五节核力与结合能课堂探究学案新人教】一、学习目标

1. 理解核力的基本概念及其特性，掌握核力的作用范围和特点。

2. 掌握结合能的定义，理解原子核的稳定性与结合能之间的关系。

3. 能够通过计算或分析判断不同原子核的结合能大小，初步了解核反应中能量变化的规律。

二、核心知识点梳理

1. 核力的概念

在原子核内部，质子和中子之间存在一种强大的相互作用力，称为核力。这种力是使原子核保持稳定的重要因素。与电磁力和万有引力相比，核力具有以下特点：

- 短程性：核力只在极小的距离内起作用（约10⁻¹⁵米），超过这个距离后迅速减弱。

- 强吸引力：在极近距离内，核力远大于电磁力，能够克服质子之间的静电斥力。

- 饱和性：每个核子只与邻近的几个核子发生作用，而不是所有核子之间都相互吸引。

2. 结合能的定义

结合能是指将一个原子核完全分解为单独的核子所需要的能量。换句话说，结合能越高，说明该原子核越稳定。

结合能的大小可以通过以下公式估算：

$$

E_b = \Delta m \cdot c^2

$$

其中，Δm 是质量亏损，c 是光速。

3. 比结合能与核稳定性

比结合能是指单位质量的核子所具有的结合能，它是衡量原子核稳定性的关键指标。一般来说：

- 比结合能越大，核越稳定。

- 铁核（Fe-56）的比结合能最大，是最稳定的核之一。

- 轻核和重核的比结合能较低，因此更容易发生核反应（如裂变或聚变）。

三、课堂探究活动

活动一：核力的特性实验模拟

问题引导：

为什么原子核中的质子不会因为同性相斥而散开？

实验设计：

通过类比模型（如弹簧连接的小球）模拟核力的短程性和强吸引力。观察当小球间距变化时，系统是否保持稳定。

思考与讨论：

- 如果没有核力，原子核会怎样？

- 核力与电磁力相比有什么不同？

活动二：结合能的计算与比较

任务：

根据已知数据，计算几种常见原子核的结合能，并比较它们的稳定性。

示例数据：

| 原子核 | 质量（u） | 结合能（MeV） |

|--------|------------|----------------|

| H-1| 1.007825 | 0|

| He-4 | 4.002603 | 28.3 |

| Fe-56| 55.9349 | 492.0|

讨论：

- 为什么氢核的结合能最低？

- 铁核为何被认为是“最稳定”的核？

四、知识拓展

- 核反应中的能量释放：当轻核聚变或重核裂变时，系统的总结合能增加，从而释放出大量能量。

- 核能的应用：核电站利用的是重核裂变释放的能量，而太阳的能量来源于轻核的聚变过程。

五、课堂小结

本节课我们深入了解了核力的基本性质，认识到它在维持原子核稳定中的重要作用；同时，通过对结合能的分析，理解了原子核稳定性的本质。结合能的高低直接反映了核的稳定性，而比结合能则是衡量核结构优劣的重要标准。

六、课后练习

1. 简述核力的三个主要特点。

2. 什么是结合能？如何计算？

3. 为什么铁核的比结合能最大？

4. 比较氢核与氦核的结合能差异，并解释原因。

七、参考资料

- 《普通高中课程标准实验教科书·物理》（人教版）

- 《物理学基础》相关章节

- 网络资源：国家中小学智慧教育平台、中国大学MOOC等

备注：

本学案旨在引导学生通过自主探究和合作学习，深入理解核力与结合能的相关知识，提升科学思维能力和物理素养。