【红对勾】高考物理 核反应 核能课件.ppt

课时4核反应核能 知识点一核反应 知识回顾 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的过程 原子核 2 原子核的人工转变 用轰击靶核 产生另一种的方法 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 817o 11h 2 1932年查德威克用轰击铍核 发现了中子 其核反应方程为49be 612c 01n 高能粒子 新核 粒子 24he 粒子 24he 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 1530p 1430si 01n 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 2010 广东高考 关于核衰变和核反应的类型 下列表述正确的有 a 92238u 90234th 24he是 衰变b 714n 24he 817o 11h是 衰变c 12h 13h 24he 01n是轻核聚变d 3482se 3682kr 2 10e是重核裂变 解析 a项表示 衰变 c项表示轻核聚变 d项不是重核裂变 选项a c正确 d错误 b项中核反应为原子核的人工转变 选项b错误 答案 ac 知识点二核力核能 知识回顾 1 核力 之间的相互作用力叫核力 它是短程力 2 核能 由于原子核间存在核力 所以核子成原子核或原子核为核子时均伴随着巨大的能量变化 这种能量称为核能 3 质能方程 结合 分裂 e mc2 e mc2 核子 4 质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下 系统能量减少了 质量自然也就减少了 当系统的质量减少 m时 系统的能量就减少了 e 减少的能量向外辐射出去了 减少的质量转化为光子的质量 减少的能量转化为光子的能量 虽然光子的静止质量为零 但在光子的辐射过程中 具有能量e h 所以运动的光子具有一定的质量 光子运动的速度始终为c e h mc2 所以当一个光子的频率为 时 它的质量为 要点深化 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦质能方程列式计算 即 e mc2 m的单位 kg 2 根据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 6606 10 27kg 基础自测 2010 北京高考 太阳因核聚变释放出巨大的能量 同时其质量不断减少 太阳每秒钟辐射出的能量约为4 1026j 根据爱因斯坦质能方程 太阳每秒钟减少的质量最接近 a 1036kgb 1018kgc 1013kgd 109kg 答案 d 知识点三裂变与聚变 知识回顾 1 重核的裂变 重核俘获一个中子后分裂成两个 或多个 中等质量核的反应过程 重核裂变的同时放出几个中子 并释放出核能 如 92235u 01n 3689kr 56144ba 301n 2 轻核的聚变 某些轻核结合成质量较大的核的反应过程 同时释放出大量的核能 要想使氘核和氚核结合成氦核 必须达到的高温 因此聚变反应又叫反应 如 12h 13h 24he 01n 几百万 度以上 热核 3 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 要点深化 1 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以上 热核反应在那里激烈地进行着 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 2 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 再有 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 第三 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汽油相当 因此 海水中的氘就是异常丰富的能源 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 题型一核反应方程 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b正确 答案 b 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 题型二核能的计算 例2 原来静止的原子核bax衰变放出 粒子的动能为e0 假设衰变时产生的能量全部以动能形式释放出来 则在此衰变过程中总的质量亏损是 答案 d 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 答案 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 题型三核反应中的动量守恒问题 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 3 质量相等且弹性碰撞 交换速度 对某一质子 选其末动量方向为正方向 则p2 mv p1 mv 又 p p2 p1 故解出 p 0 40mc 方向与末动量方向一致 答案 1 见解析 2 0 20c 3 0 40mc 方向与末动量方向一致 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 4 一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核 同时辐射一个 光子 已知质子 中子 氘核的质量分别为m1 m2 m3 普朗克常量为h 真空中的光速为c 下列说法正确的是 a 核反应方程是11h 01n 13h b 聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3c 辐射出的 光子的能量e m3 m1 m2 c 答案 b 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