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1、物理总复习：核能、核能的利用编稿：李传安 审稿：张金虎考纲要求】1、知道核力及结合能、质量亏损等概念2、会配平和书写核反应方程式3、知道核能获取的两种方式，了解核反应堆的主要组成部分能进行简单的有关核能的计算问题【考点梳理】考点一、核能要点诠释：1、核力核子间作用力。其特点为短程强引力：作用范围为2.0xl0T5m,只在相邻的核子间发生 作用。2、核能 核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量,叫做原子核的结合 能,亦称核能。比结合能：结合能与核子数之比称做比结合能,也叫平均结合能。比结合能越大,表示 原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。H.*.-4Kr-.ZZZKc：/
2、i:、2口妙 IQO I2Q 140 I 閒 I 闊 酿 220 ZWfi- 5 4 s 2I惴介能ill戦不同原子核的比结合能是不一样的，由比结合能曲线可以看出：中等大小的核比结合能 最大（平均每个核子的质量亏损最大）,这些核最稳定。3、质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E=mc2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变 化必然伴随着另一个量的变化。核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然 比组成它的核子的质量和要小Am,这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能= me2 ；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损。4、AE=Amc2是计算核能的常用方法。在具体应用
3、中要注意单位制的统一及不同单位的换 算。若质量单位取原子质量单位u贝y：1 u=l. 66 X 10z? kg 相当于 9訂，5 MeV此结论亦可在计算中直接应用。另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能 转化为生成的新核和新粒子的动能。因而在此情况下可应用力学原理动量守恒和能量守恒 来计算核能。5、质能方程的理解对于质量亏损，切忌不能认为这部分质量转化成了能量，质能方程的本质是：第一，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。第 二，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
4、量和能量在量值上的联系决不等于这两个量可以相 互转化。第三，质量亏损不是否定了质量守恒定律，生成的Y射线虽静质量为零，但动质量 不为零。考点二、重核的裂变要点诠释：重核分裂成中等质量的核的反应过程。女如 235U + in T 136Xe + 90Sr +10 in92054380由于中子的增值使裂变反应能持续地进行的过程称为链式反应。发生链式反应的条件 是：裂变物质的体积临界体积。裂变的应用：原子弹、原子反应堆。核电站：核电站的核心是核反应堆，核反应堆主要由以下几部分组成。 核燃料：浓缩铀235. 减速剂：浓缩铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、中水、或普通水作减速剂. 控制棒：为了控
5、制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中插 入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，就可以容易地控制链式反应的速度. 保护层：反应堆外层是很厚的水泥壁，可防止射线辐射出去. 冷却系统：靠水或液态金属钠在反应堆内外的循环流动，把产生的热量传输出去 反应堆是核电站的核心，核电站是靠核反应堆产生的内能发电.考点三、轻核的聚变 要点诠释：轻核结合成质量较大的核的反应过程。女如 2H + 3H T 4He + in1 1 2 0发生聚变反应的条件是：超高温（几百万度以上）热核反应。 聚变的应用：氢弹、可控热核反应。要点诠释：1、原子核既然是由质子和中子组成的，那么为什么还会从原子核
6、里发射出a粒子、卩 粒子？实际上，发射出来的a粒子和卩粒子仍是原子核内的质子和中子结合或转化而成的。 a粒子是原子核内的2个质子和2个中子结合在一起发射出来的，卩粒子是原子核内的中子 转化为质子时产生并发射出来的。所以不能因为从原子核中发射出a粒子和卩粒子就认为原 子核也是由它们组成的。2、质量数守恒和核电荷数守恒是我们书写核反应方程的重要依据，但要以核反应的事 实为基础，不能仅仅根据该两条守恒定律随意书写事实上不存在的核反应方程。另外，核反 应通常是不可逆的，方程中只能用箭头：“-”连接并指示反应方向，而不能用等“=”连接。【典型例题】类型一、配平和书写核反应方程例 1、下面列出的是一些核反
7、应方程30 P t 30 Si + X9B e+ 2 H 一 i o Br Y 4He+ 4 H 一 7 L羊 Z1514415223其中（ ）A. X是质子，Y是中子，Z是正电子B. X是正电子，Y是质子，Z是中子C. X是中子，Y是正电子，Z是质子D. X是正电子，Y是中子，Z是质子【思路点拨】根据质量数守恒和电荷数守恒配平核反应方程，再确定XYZ是何种物质。 【答案】 D【解析】将三个核反应方程写明确，为3 0P t3S0 ir0X9Ber2 Het1 0 Br1Y4Her4 Het7Lri1 Z1 51 4 r 141502231可知X为正电子，可知Y为中子，可知Z为质子【总结升华】根
8、据质量数守恒和电荷数守恒配平核反应方程，是解决此类问题的关键。 举一反三【变式1】原子核AX与氘核2H反应生成一个a粒子和一个质子。由此可知 Z1A. A=2， Z=1 B. A=2， Z=2C. A=3， Z=3D. A=3， Z=2【答案】 D【解析】AX+2Ht4He+1H，应用质量数与电荷数的守恒A + 2 = 4 + hZ +1 = 2 +1， Z 121解得A = 3, Z = 2，答案D。【变式22006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过48Ca （钙48）轰击2心（锎2098249）发生核反应，成功合成了第118元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数 最大的元素
9、。实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子X，再连续经过3次a衰变 后，变成质量数为282的第112元素的原子核，则上述过程中的粒子X是（）A.中子B.质子C.电子D. a粒子【答案】 A【解析】因为在衰变的过程中质量数守恒，电荷数守恒. 根据电荷守恒定律可得，118-3x2-112=0,所以X粒子的电荷量为零. 再根据质量守恒，48+249-4x3-282=3，所以X粒子的质量数为1,所以该粒子为中子， 故BCD错误，A正确.故选A.【变式3目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成.u夸克 21带电荷量为e，d夸克带电荷量为-3e，e为基元电荷.下列论断中可能正确
10、的是（）A. 质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C. 质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成【答案】B解析】由质子带一个单位正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分别是x、y, x、y取正整数, 则 x x | e + y x （- 3 e） = 1解得 x=2、y=1；设中子中 u 夸克 d 夸克个数分别是 m、 n， m、 n 取正整数 21则 mx-e + nx （-e） = 0
11、解得 m=1、n=2. 故选 B.【变式 4】现有三个核反应： 24 Na T 24 Mg + o e11 12-1 235U + 1n T 141Ba + 92Kr + 3 1n92056-60 2 H + 3 H T 4 He + 1n1 1 2 0下列说法正确的是（ ）A.是裂变，是卩衰变，是聚变B.是聚变，是裂变，是卩衰变C.是卩衰变，是裂变，是聚变D.是卩衰变，是聚变，是裂变【答案】C【解析】原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变衰变是指原子核放出a粒子 和卩粒子后，变成新的原子核的变化，如本题中的核反应；原子核的人工转变是指在其它 粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重
12、核分裂成质量较小的核，如核反应；聚变 是轻核结合成质量较大的核，如核反应；综上所述，C项正确.类型二、质能方程与核能的有关计算【高清课堂：原子核物理 例 3】例 2、为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005 年定为“国际物理年”。对 于爱因斯坦提出的质能方程，下列说法中不正确的是（ ）A. E=mc2 表明物体具有的能量与其质量成正比B. 根据AE= Amc2可以计算核反应中释放的核能C. 一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程出现了质量亏损D. E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能【思路点拨】爱因斯坦质能方程的含义.核反应过程中发生质量亏损会释放能量.【答案】
13、D【解析】A、爱因斯坦提出的质能方程E=mc2告诉我们，物体具有的能量与它的质量成正 比.故A正确.B、E=Amc2中Am是亏损质量，AE是释放的核能，故B正确.C、核反 应中若质量亏损，就要释放能量，所以一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表 明此过程出现了质量亏损.故C正确.D、E=mc2中的E是物体具有的能量.故D错误. 故选 D.【总结升华】理解了 E=mc2和AEMmc2的各个量的物理意义，就能准确的选出错误的选项 举一反三【变式1】据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又 称“人造太阳”）已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法中正确的
14、是（ ）A. “人造太阳”的核反应方程是2H+3HT4He + 1n1 1 2 0B. “人造太阳”的核反应方程是235U + 1n141 Ba +92Kr +31 n92056360C. “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是AE = Amc2D. “人造太阳”核能大小的计算公式是E = 2me2【答案】AC【解析】“人造太阳”是利用海水中的2H和3H聚变而产生大量热量的放出的热量可利用爱 1 1因斯坦质能方程AE=Amc2求出，其中Am为质量亏损，所以A、C项正确而B项核反应方 程是235U的裂变方程，所以B项错误爱因斯坦质能方程E = 1 me2是计算质量m的粒子所 922具有的能量，并不是计算由于核反应中质量亏损而产生的热量所以D项错误.【变式2】在0衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测。1953 年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中iH的核反应，间接地证实了中微子的存在。1（1）中微子与水中的iH发生核反应，产生中子（in ）和正电子（o e ），即1 0 +1中微子+1H 一 in + o e可以判定，中微子的质量数和电荷数分别 。（填写选项前的字1 0+1母）（A） 0和0（B） 0和1（C） 1和 0（D）
