高考物理 核心要点突破系列 第22章第五节《核反应　核能》课件 新人教版选修35.ppt

第五节核反应核能 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第五节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 知道原子核的人工转变 知道核能的概念 2 了解爱因斯坦的质能方程 知道质量亏损的概念 3 会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能 重点难点 1 利用爱因斯坦的质能方程 计算核反应中的质量亏损 2 对核能概念的理解 课前自主学案 一 核反应原子核在其他粒子轰击下产生 的过程 称为核反应 常见的核反应有 等 原子核的人工转变 用 的方法使原子核发生核反应的过程 新原子核 衰变 人工转变 裂变 聚变 人工 1 卢瑟福用 粒子轰击氮原子核 发现了质子 核反应方程为 2 查德威克用钋放出的 粒子轰击铍的原子核 从铍中放出中子射线 核反应方程为 二 质能方程1 核能 核反应中 的能量称为核能 放出 2 质量亏损 组成原子核的 的质量与 的质量之差叫质量亏损 3 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 质量亏损时放出的能量 e m c2 4 原子质量单位1u 1u相当于 的能量 核子 原子核 e mc2 1 6606 10 27kg 931 5mev 一 核反应方程的书写方法1 遵守电荷数守恒 质量数守恒定律 2 核反应方程中的箭头 表示核反应进行的方向 不能把箭头写成等号 3 写核反应方程式要以实验事实为依据 不能毫无根据的编造 核心要点突破 4 在写核反应方程式时 应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上 然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核 或未知粒子 的电荷数和质量数 最后根据未知核 或未知粒子 的电荷数确定它们是哪种元素 或哪种粒子 并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号 特别提醒 在核反应中虽然质量数守恒 但反应前后原子核的总质量并不相等 二 对质量亏损和质能方程的理解1 质量亏损原子核的质量总是小于组成该核的全部核子独自存在时的总质量 这两者的差额称为质量亏损 由爱因斯坦的质能方程可知 当一个系统能量有释放或吸收必伴有质量改变 因而 质量亏损说明当若干个核子从自由状态结合成原子核时要放出能量 例如氦核是由两个质子和两个中子组成的 每个质子质量为1 007277u 每个中子质量为1 008665u 氦核的质量为4 001509u 那么 由游离的四个核子结合成氦核时 得 2 1 007277u 2 1 008665u 4 001509u m亏 0 030375u 即质量亏损 m 核子的总质量 原子核质量 由此得出游离态的几个核子结合成原子核时质量总是亏损的 然而 对某一确定的核反应而言 如果反应后的原子核质量之和超过反应前的原子核质量之和 那么反应过程中吸收了能量 反之 如果反应后总质量小于反应前总质量 那么有能量释放出来 2 对质能方程的理解对质量亏损 不能误解为这部分质量转变成了能量 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 质量和能量在量值上的联系绝不等于这两个量可相互转化 第三 质量亏损不是否定了质量守恒定律 例如生成的 射线虽静质量为零但动质量不为零 三 核能及核能的计算1 核能 由于原子核中的核子间存在强大的核力 使得原子核成为一个坚固的集合体 要把原子核中的核子拆散 就要克服核力而做巨大的功 反之 要把核子集合成一个原子核 则能放出巨大的能量 把核反应中放出的能量称为核能 2 核能的计算方法根据爱因斯坦的质能方程 核反应中释放核能的计算式为 e mc2 其中 m为质量亏损 c为光速 e是与亏损质量相对应的能量 特别提醒 核能的计算通常有两种方法 1 根据 e mc2计算 计算时 m的单位是 kg c的单位是 m s e的单位是 j 2 根据 e m 931 5mev计算 因1原子质量单位相当于931 5mev的能量 所以计算时 m的单位是 u e的单位是 mev 其中 1u 1 6606 10 27kg 课堂互动讲练 自主解答 由核反应中质量数 电荷数守恒可确定x是 粒子 两个核反应中的质量亏损分别为 m1 1 0078 12 0000 13 0057 u 0 0021u m2 1 0078 15 0001 12 0000 4 0026 u 0 0053u 结合爱因斯坦质能方程q mc2知q1 q2 故b正确 答案 b 点评 核反应方程中一定遵守质量数守恒和电荷数守恒 判断是吸能还是放能看反应前后的质量关系 释放的核能全部转化为 粒子和新核的动能 注 涉及动量问题时 亏损的质量可忽略不计 1 写出衰变方程 2 求出衰变过程中的质量亏损 点评 守恒定律的运用在整个物理学乃至整个自然科学中占有统治地位 中学物理中常见的反应有 衰变 人工转变 聚变 裂变 它们都遵守质量数守恒 电荷数守恒 能量守恒和动量守恒定律 但应注意 1 在核反应方程中 等式两边的质量数和电荷数守恒 故只需考虑它们的整数部分即可 而质量亏损引起的核能释放恰恰考虑的是反应前后两质量差的微小部分 而这部分能量以光子的形式放出 但在核反应方程中往往并没有显示 2 通常情况下 动量守恒是有条件的 但在核反应过程中满足f内 f外的条件 所以 在这里可以直接使用动量守恒定律来解题 变式训练2云室