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1、第四节 核反应、核能第五节 裂变二. 知识要点：（一）核反应、核能1. 核反应原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程称为核反应。2. 原子核的人工转变（1）原子核的人工转变：用人工的方法使原子核发生变化的过程称为原子核的人工转变。（2）质子的发现：用粒子轰击氮，获得氧和质子，核反应方程为3. 中子的发现（1）查德威克用粒子轰击铍，得到中子射线，核反应方程为：（2）中子：质量跟质子几乎相等的不带电的中性粒子。4. 核能：由于核子间有强大的核力，核子结合成核（或核分解成核子）时，要放出（吸收）巨大的能量，称为核能（结合能）。5. 质量亏损：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫核的质量亏损
2、。6. 质能方程 （1）爱因斯坦质能方程注意：一定质量总是跟一定的能量相对应，增大，也增大，减小，也减小。（2）核能的计算：先求出质量亏损，再由质能方程计算出对应放出（或吸收）的能。（二）裂变、聚变1. 裂变：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应叫裂变。2. 核子的平均质量：原子核的质量除以核子数即为核子的平均质量。3. 铀核的裂变：铀核俘获一个中子后分裂为两个中等质量的核的反应过程称为核裂变。核裂变伴随释放大量的核能。（1）链式反应：铀核裂变时放出几个中子，再引起其它铀核裂变而使裂变反应不断进行称为链式反应。（2）临界体积：能发生链式反应的最小铀块体积。（3）注意：为了使裂变的链式反应容
3、易发生，最好是利用纯铀235，且体积大于临界体积。4. 核电站：利用核能发电，其核心是核反应堆。核反应堆包括：（1）核燃料：浓缩铀制成的铀棒。（2）减速剂：使快中子变为慢中子，易被铀235俘获引起裂变。（3）控制棒：用来吸收中子，以控制裂变的速度。（4）水泥防护层：屏蔽裂变产物放出的各种射线。5. 轻核的聚变：（1）聚变：轻核结合成质量较大的核的反应过程称为聚变，伴随释放大量的核能。（2）热核反应：在极高温下轻核产生的聚变反应。（氢弹原理）（三）求核能的几种方法在重核的裂变、轻核的聚变、放射性衰变以及某些人工核反应中，都伴随着巨大的核能释放，如何计算这些核能呢？下边介绍几种方法，供同学们参考。
4、1. 直接用计算，须注意的是，运用此公式时，质量亏损应以为单位，应取，的单位则为。例1（94全国高考题）一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，已知铀核的质量为，钍核的质量为，粒子的质量为。在这个衰变过程中释放出的能量等于 。（保留两位有效数字）解：故2. 用的质量相当于的能量进行计算运用此法时只须求出质量亏损即可，但的单位必须用，然后把相当于代入即可求出核能。例2（89全国高考）中子的质量为，质子的质量为，氘核的质量为。中子和质子结合成氘核时释放的能量为 （计算结果取两位有效数字）。解析：由于相当于，故得必须注意，质量亏损指的是原子核的质量亏损而不是原子的质量亏损，由于很多习题（包括课本上的练习
5、题）都是用原子的质量或原子量来代替原子核的质量来计算质量亏损的，因此很多同学在解题过程中就错认为原子的质量就是原子核的质量而导致计算错误。实际上课本上的这种代替是由于电子的质量在相减中可以消去。若是在相减过程中电子的质量不能消去，则计算原子核的质量亏损时用原子质量减原子核（或核子）质量时，还须减去相应电子的质量才能得出正确的结果。当然，由于原子的质量与原子核的质量差别不大，如果题目交代了用原子的质量近似地代替原子核的质量，那我们也可以不考虑电子的质量。3. 根据每个核反应方程式中所标明的核能予以计算运用此法时，首先要找出参加反应的核的个数，这就要应用阿伏伽德罗常数。例3 铀235在裂变后所释放
6、的核能，相当于多少煤完全燃烧所释放的化学能？煤的燃烧值是，每一个铀核裂变时释放的核能约为。解析：因一个铀核裂变所放出的能量，铀235为，它所包含的铀核个数为个，所以铀235释放的总能量为，与此相当的热量为，故相当所燃烧的煤的质量为4. 由动量守恒，根据反应后部分粒子的速度或能量，求出整个反应所释放的能量。例4 已知静止的某核单纯释放（不伴随射线）出速度为的粒子，写出核反应方程并求出释放的核能和的关系。解析：设是反冲核，核反应方程可写为，若每个核子的质子量为，则原子核的质量为，粒子的质量为，反冲核的质量为。因反冲核的速度为，则由动量守恒有： 解之得 故释放的总能量为：【典型例题】例1 衰变为共发
7、生了 次衰变和 次衰变。分析和解答：根据衰变规律，的质量数比的质量数减少了：，而天然放射只有衰变才能使质量数减少，且每次衰变减少质量数为4，故发生了次衰变。因每次衰变核的电荷数减少2，故由于衰变核的电荷数应减少。而核的电荷数仅减少，故说明发生了2次衰变（即）。所以在分析有关、衰变的问题时，应抓住每次衰变质量数减4，电荷数减2和每次衰变时质量数不变，电荷数加1这一衰变规律进行分析。例2 核俘获一个中子后转变为核，并放出一个粒子，则在这一反应过程中放出的核能为 。（已知的质量为，核的质量为，中子的质量为，氦核的质量为）分析和解答：这一反应的方程为：要计算这一反应过程的能量变化，只要能找出反应前后的
8、质量亏损，就能根据质能方程计算出对应的能量变化。 可见，要计算核能的变化，应先找出质量亏损，再由质能方程计算相应的能量变化。由于计算中的数字较为繁锁，常取对应于，的换算方式进行计算。即上述计算可写成。【模拟试题一】一. 选择题：（以下各题中有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确，把正确的答案全部选出来。）（每小题3分，共54分）1. 下列哪些现象属于光的衍射现象（ ）A. 雨后天空美丽的彩虹 B. 阳光下肥皂膜的彩色条纹C. 光通过三棱镜产生的彩色条纹 D. 对着日光灯从两铅笔缝中看到的彩色条纹2. 光线从空气射入某介质，入射光线和界面的夹角为45，反射光线和折射光线之间的夹角为10
9、5，由此可知（ ）A. 这种介质的折射率为B. 光在这种介质中的传播速度为108m/sC. 光线从空气射入介质时，入射角大于45会发生全反射D. 光线从空气入介质时，最大的折射角不超过453. 如图所示，真空中有一个半径为R，质量分布均匀的玻璃球，频率为的细激光束在真空中沿直线BC传播，并于玻璃球表面的C点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中，已知COD=120，玻璃球对该激光的折射率，则下列说法中正确的是（ ）A. 一个光子在穿过玻璃球的过程中能量逐渐变小B. 此激光束在玻璃中穿越的时间为（其中c为真空中的光速）C. 改变入射角的大小，细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反
10、射D. 激光束的入射角=454. 如图所示，一束白光通过玻璃三棱镜色散，在光屏上形成光谱，由图可知（ ）A. 单色光a在棱镜中的传播速度大于单色光b在棱镜中的传播速度B. 单色光a中光子的能量大于单色光b中光子的能量C. 逐渐减小入射角i，光屏上最先消失的是单色光aD. 若单色光a照射光电管恰能发生光电效应，则单色光b照射该光电管时也一定能发生光电效应5. 下列叙述正确的是（ ）A. 任何一个运动着的物体，都有一种波和它对应，这种波叫德布罗意波B. 光子在空间各点出现的可能性的大小，可以用波动规律描述，光波叫做概率波C. 激光是一种人工产生的相干光源，利用强激光产生的高压可以引起核聚变D. 泊
11、松亮斑说明光具有粒子性6. 如图所示为杨氏双缝干涉实验的示意图，下列说法中正确的是（ ）A. 用普通光做实验，不需加缝S即可在屏上观察到干涉条纹B. 在屏上距双缝S1、S2的光程差等于半波长的整数倍处一定出现暗条纹C. 照射单缝S的单色光的频率越大，光屏上出现的条纹间距越小D. 若将单缝S去掉，现将缝S1封住，只留下S2，则单色光通过S2只能在屏上形成一片光亮，不会有任何条纹7. 假设一个沿着一定方向运动的光子和一个静止的自由电子相互碰撞以后，电子向某一个方向运动，光子沿另一方向散射出去，则这个散射光子跟原来的光子相比（ ）A. 频率变大 B. 速度变小 C. 光子能量变大 D. 波长变长8.
12、 如图所示，a和b都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为，一细光束以入射角从P点射入，已知此光束由红光和蓝光组成，则当光束透过b板后（ ）A. 传播方向相对于入射光方向向左偏转角B. 传播方向相对于入射光方向向右偏转角C. 红光在蓝光的左边D. 红光在蓝光的右边9. 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图所示，将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入两张纸片，从而在两玻璃表面之间形成一个劈形空气薄膜，当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图所示，干涉条纹有如下特点：（1）任意一条明条纹或暗条纹所对应的薄膜厚度差恒定。现若在如图装置中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄膜后，从上
13、往下观察到的干涉条纹（ ）A. 变疏 B. 变密 C. 不变 D. 消失10. 下列说法中正确的是（ ）A. 发现质子的核反应方程是：B. 氢原子从n=2能级跃迁到n=1能级辐射出光子的能量，高于从n=8能级跃迁到n=2能级所辐射出光子的能量C. 由爱因斯坦质能方程E=mc2可知，质量可以转变为能量D. 天然放射现象说明原子核内部有电子11. 氢原子中的电子绕原子核旋转和人造卫星绕地球旋转比较（空气阻力不计）（ ）A. 电子可以在大于基态轨道半径的任意圆轨道上运动，卫星可以在大于地球半径的任意圆轨道上运动B. 轨道半径越大，线速度都越大C. 轨道半径越大，周期都越大D. 电子从内层轨道向外层轨
14、道跃迁时，总能量（动能和电势能）不变，人造卫星从近地点向远地点运动时，总能量（动能和重力势能）也不变12. 某原子核的衰变过程是，符号表示放出一个粒子、表示放出一个粒子，下述说法中正确的是（ ）A. 核C比核B的中子数少2B. 核C比核A的质量数少5C. 原子核为A的中性原子的电子数比原子核为B的中性原子的电子数多2D. 核C比核A的质子数少113. 有些大楼的外墙采用玻璃幕墙，这些玻璃由于涂膜使得照到它上面的某种频率的光较多的被反射，透过的较少，大楼里面的人可以更清楚的看到外面的景物，而外面的人向里看，只能看到由反射光形成的蓝天白云，对大楼内部的情况却难窥一斑，这种镀膜技术的物理学依据是（ ）A. 光能发生干涉 B. 光的直线传播C. 光具有粒子性 D. 光能反射、衍射14. 如图所示为光电管的原理图，O是中点，开始时P与O点正对，已知当有波长为0的光照到阴极K上时，电路中有光电流，则（ ）A. 若换用波长为1（10）的光照射阴极K时，电路中一定没有光电流B. 若换用波长为2（20）的光照射阴极K时，电路中光电流一定增大C. 若将变阻器活动端P从图中位置向右滑一些，仍用波长为0的光照
