【红对勾】高考物理复习 164 核反应　核能课件.ppt

课时4核反应核能 梳理知识突破难点 课前自主学习 1 核反应 在核物理学中 原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程 2 原子核的人工转变 用高能粒子轰击靶核 产生另一种新核的方法 如应用原子核的人工转变的三大发现的核反应如下 1 1919年卢瑟福用 粒子轰击氮原子核 产生了氧的同位素 第一次实现了原子核的人工转变 并发现了质子 其核反应方程为714n 24he 817o 11h 2 1932年查德威克用 粒子轰击铍核 发现了中子 其核反应方程为49be 24he 612c 01n 3 1934年约里奥 居里夫妇用人工方法发现了放射性同位素 同时发现了正电子 其核反应方程为1327al 24he 1530p 01n 1530p 1430si 10e 要点深化 1 核反应的四种类型 2 书写原子核的核反应方程时应注意 1 核反应方程一般都不是可逆的 所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接 2 核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 3 核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒 核反应方程中反应前后的总质量一般会发生变化 质量亏损 且释放出核能 4 当放射性物质发生连续衰变时 原子核中有的发生衰变 有的不发生衰变 同时伴随着辐射 基础自测 2011 浙江卷 关于天然放射现象 下列说法正确的是 a 射线是由氦原子核衰变产生b 射线是由原子核外电子电离产生c 射线是由原子核外的内层电子跃迁产生d 通过化学反应不能改变物质的放射性解析 物质的放射性由原子核本身决定 与物质的化学状态无关 故d正确 答案 d 知识回顾 1 核力 原子核的半径很小 其中质子之间的库仑力很大 受到这么大的库仑斥力却能保持稳定状态 一定还有另外一种力把各核子紧紧地拉在一起 这种力叫做核力 2 结合能 核子结合成原子核时放出一定的能量 原子核分解成核子时吸收一定能量 这种能量叫结合能 3 质量亏损 核子结合生成原子核 所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些 这种现象叫做质量亏损 也可以认为 在核反应中 参加核反应的总质量m和核反应后生成的核总质量m 之差 m m m 4 爱因斯坦质能方程 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 它们的关系是 e mc2 这就是爱因斯坦的质能方程 质能方程的另一个表达形式是 e mc2 要点深化 1 核力的特点 1 核力是强相互作用的一种表现 在它的作用范围内 核力比库仑力大得多 2 核力是短程力 作用范围在1 5 10 15m之内 核力在大于0 8 10 15m时表现为引力 且随距离增大而减小 超过1 5 10 15m时核力急剧下降几乎消失 在距离小于0 8 10 15m时表现为斥力 因此核子不会融合在一起 3 每个核子只跟相邻核子发生核力作用 饱和性 4 原子核中质子与中子的比例受核力与电磁的作用而呈现一定的规律性 2 为什么中等质量的原子核比较稳定原子核的结合能与核子数之比叫做比结合能 也叫平均结合能 它反映了一个原子核结合的紧密程度与牢固程度 平均比结合能越大原子核越稳定 不同原子的比结合能不一样 中等大小的原子核的比结合能较大 因此这些原子核较稳定 4 核能计算 1 应用公式 e mc2时应选用国际单位 即 e的单位为j m的单位为kg c的单位为m s 2 1u相当于931 5mev 其中u为原子质量单位 1u 1 660566 10 27kg 1mev 106ev 1ev 1 6 10 19j 3 应用公式 e 931 5 m时 e的单位为兆电子伏 mev m的单位为原子质量单位 基础自测 氮原子核由两个质子与两个中子组成 这两个质子之间存在着万有引力 库仑力和核力 则3种力从大到小的排列顺序是 a 核力 万有引力 库仑力b 万有引力 库仑力 核力c 库仑力 核力 万有引力d 核力 库仑力 万有引力 解析 核力是强力 它能将核子束缚在原子核内 万有引力最弱 研究核子间相互作用时万有引力可以忽略 故本题答案为d 答案 d 知识回顾 1 裂变 1 核裂变 质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程称为核裂变 2 核裂变的特点 裂变过程中能够放出巨大的能量 裂变的同时能够放出2 3 或更多 个中子 裂变的产物不是唯一的 对于铀核裂变有二分裂 三分裂和四分裂形式 但三分裂和四分裂概率比较小 3 典型的分裂方程 92235u 01n 3692kr 56141ba 301n 4 链式反应 重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程 叫做核裂变的链式反应 链式反应的条件是达到临界体积 临界质量 此外还需要减少裂变反应物质中的杂质 5 裂变反应堆 又称核反应堆 简称反应堆 反应堆主要由以下几部分组成 核燃料 减速剂 控制棒 冷却剂 反射层 2 聚变 1 核聚变 某些轻核结合成质量数较大的原子核的反应过程叫做核聚变 2 核聚变特点 聚变过程放出大量的能量 平均每个核子放出的能量 比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍 聚变反应比裂变反应更剧烈 对环境污染较少 自然界中聚变反应原料丰富 3 典型的聚变方程 12h 13h 24he 01n 4 热核反应 聚变反应需要轻核间距离在10 15m内才能发生 因此聚变反应在超高温下才能发生 因此 聚变反应也叫做热核反应 5 受控热核反应 利用人工的方法控制热核反应称为可控热核反应 目前应用较多的是磁约束与惯性约束 6 太阳内部的热核反应 太阳辐射能量来自太阳内部的热核反应 要点深化 1 核裂变 92235u 01n 3692kr 56141ba 301n中反应前的中子和反应后的中子有什么区别 铀裂变方程的左边事实上要求的中子的速度不能很大 称为 慢中子 而右边生成的中子速度却是很大的 称为 快中子 因此实际反应堆中用石墨或重水使裂变反应中产生的中子减速 以便被铀235吸收 保证链式反应顺畅进行 2 热核反应在宇宙中是很普遍的 太阳内部和许多恒星内部 温度高达107k 热核反应在那里激烈地进行着 太阳每秒钟辐射出来的能量约为3 8 1026j 就是热核反应产生的 地球只接收了其中的二十二亿分之一 就使地面温暖 万物生长 但是目前除了氢弹以外 人们还不能控制聚变反应 所以还无法和平利用聚变时释放的核能 3 热核反应和裂变反应相比 具有许多优越性 首先 热核反应释放的能量 就相同质量的核燃料来讲 比裂变反应大 其次 裂变时产生放射性物质 处理起来比较困难 热核反应在这方面的问题要简单得多 最后 热核反应所用的燃料 氘 在地球上的储量非常丰富 1l海水中大约有0 038g氘 如果用来进行热核反应 放出的能量和燃烧300l汽油放出的热量相当 因此 海水中的氘是异常丰富的能源 基础自测 2009 广东高考 科学家发现在月球上含有丰富的23he 氦3 它是一种高效 清洁 安全的核聚变燃料 其参与的一种核聚变反应的方程式为23he 23he 211h 24he 关于23he聚变下列表述正确的是 a 聚变反应不会释放能量b 聚变反应产生了新的原子核c 聚变反应没有质量亏损d 目前核电站都采用23he聚变反应发电 解析 聚变反应是轻核变为中等质量核的反应 发生质量亏损 释放能量 目前核电站采用重核裂变反应 答案 b 师生互动规律总结 课堂讲练互动 例1 下面的各核反应中能产生中子的是 a 用 光子轰击1226mg 生成物之一为1126nab 用氘核轰击49be 生成物之一为510bc 用质子轰击37li 生成物之一为48bed 用 粒子轰击37li 生成物之一为510b 解析 写出各选项对应的核反应方程 根据核反应成立的必要条件 质量数和电荷数守恒 可以得到bd正确 答案 bd 题后反思有关核反应方程的题型主要有 1 判断核反应的生成物 2 判断反应类型 3 判断反应是否成立 变式1 1下列核反应或核衰变方程中 符号 x 表示中子的是 a 49be 24he 126c xb 147n 24he 178o xc 20480hg 01n 20278pt 211h xd 23992u 23993np x解析 核反应和核衰变方程中 反应前后应遵从质量数守恒和电荷数守恒 由此可得出正确答案为a c 而b d错误 答案 ac 题后反思核能的计算方法 1 根据爱因斯坦质能方程 e mc2 m的单位 kg 2 1原子质量单位 u 相当于931 5兆电子伏能量 则 e m 931 5mev m的单位 u 1u 1 660566 10 27kg 变式2 1为确定爱因斯坦的质能方程 e mc2的正确性 设计了如下实验 用动能为e1 0 6mev的质子轰击静止的锂核37li 生成两个 粒子 测得两个 粒子的动能之和为e2 19 9mev 已知质子 粒子 锂粒子的质量分别取mp 1 0073u m 4 0015u mli 7 0160u 求 1 写出该反应方程 2 通过计算说明 e mc2正确 解析 1 核反应方程为37li 11h 224he 2 核反应的质量亏损 m mli mp 2m 0 0203u 由质能方程可得 质量亏损相当的能量 e mc2 18 9mev而系统增加的能量 e e2 e1 19 3mev这些能量来自核反应中 在误差允许的范围内可认为相等 所以 e mc2正确 例3 已知氘核 12h 质量为2 0136u 中子 01n 质量为1 0087u 氦核 23he 质量为3 0150u 1u相当于931 5mev 1 写出两个氘核聚变成23he的核反应过程 2 计算上述核反应中释放的核能 保留三位有效数字 3 若两个氘核以相同的动能0 35mev做对心碰撞即可发生上述核反应 且释放的核能全部转化为机械能 则反应后生成的氦核 23he 和中子 01n 的速度大小之比是多少 思路点拨 先根据定义求核反应过程中的质量亏损 m 再由爱因斯坦质能方程 e mc2计算核能 解析 1 根据题中条件 可知核反应方程为 12h 12h 23he 01n 2 质量亏损 m 2mh mhe mn 2 0136u 2 3 0150u 1 0087u 0 0035u由于1u的质量与931 5mev的能量相对应 所以核反应中释放的核能为 e 0 0035 931 5mev 3 26mev 3 由动量守恒定律有 0 mhevhe mnvn得 vhe vn 1 3 答案 1 12h 12h 23he 01n 2 3 26mev 3 1 3 题后反思热核反应是通过加热使轻核获得较大能量 在相互作用中克服库仑斥力达到核力作用的范围而结合成新核的过程 这样的题型常考查太阳中的热核反应和可控热核反应 反应中释放的能量根据爱因斯坦质能方程求解 由于作用过程可以简化为碰撞模型 因此此类题可跟动量 能量结合 变式3 1某实验室工作人员 用初速度v0 0 09c c为真空中的光速 的 粒子 轰击静止的氮原子核714n 产生了质子11h 若某次碰撞可看做对心正碰 碰后新核与质子同方向运动 垂直磁场方向射入磁场 通过分析偏转半径可得出新核与质子的速度大小之比为1 20 已知质子质量为m 1 写出核反应方程 2 求出质子的速度v 3 若用上述两个质子发生对心弹性碰撞 则每个质子的动量变化量是多少 保留两位有效数字 答案 1 见解析 2 0 20c 3 0 40mc 方向与末动量方向一致 感悟真题检验技能 随堂巩固训练 1 放射性同位素钍232经 衰变会生成氡 其衰变方程为90232th 86220rn x y 其中 a x 1 y 3b x 2 y 3c x 3 y 1d x 3 y 2答案 d 2 三个原子核x y z x核放出一个正电子后变为y核 y核与质子发生核反应后生成z核并放出一个氦核 24he 则下面说法正确的是 a x核比z核多一个质子b x核比z核少一个中子c x核的质量数比z核质量数大3d x核与z核的总电荷是y核电荷的2倍 解析 设x原子核为abx 则根据题意应有abx a 1by 10ea 1by 11h a 2b 3z 24he再根据质量数和核电荷数的关系可得c d正确 a b错误 答案 cd 3 铝箔被 粒子轰击后发生了以下核反应 1327al 24he x 01n 下列判断正确的是 a 01n是质子b 01n是中子c x是1428si的同位素d x是1531p的同位素解析 01n的质量数为1 无电荷数 应为中子 则a错误 b正确 从反应方程知x为1530x 其电荷数为15 质量数为30 是1531p的同位素 所以c错误 而d正确 答案 bd 5 中子和质子结合成氘核时 质量亏损为 m 相应的能量 e mc2 2 2mev是氘核的结合能 下列说法正确的是 a 用能量小于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘核不能分解为一个质子和一个中子b 用能量等于2 2mev的光子照射静止氘核时 氘