201x-201x学年高中物理 第5章 核能与社会 章末总结 沪科版选修

1、网络构建区网络构建区核核能能与与社社会会核力与结合能核力与结合能核力：核子间的强相互作用力核力：核子间的强相互作用力结合能：核子结合成原子核时结合能：核子结合成原子核时 的能量或原子核分的能量或原子核分解成核子时解成核子时 的能量的能量质能方程：质能方程：Emc2或或E 放出放出吸收吸收mc2核核能能与与社社会会核能的利用核能的利用裂变裂变定义定义链式反应链式反应定义定义条件条件裂变反应堆裂变反应堆聚变聚变定义定义聚变的条件聚变的条件受控热核反应受控热核反应核电站的工作模式核电站的工作模式核能的优势与危害核能的优势与危害专题整合区专题整合区一、对核反应方程及类型的理解一、对核反应方程及类型的理

2、解二、核能的计算方法二、核能的计算方法三、核反应与能量的综合三、核反应与能量的综合一、对核反应方程及类型的理解一、对核反应方程及类型的理解1四类核反应方程的比较四类核反应方程的比较名称名称核反应方程式核反应方程式时间时间其它其它衰变衰变衰变衰变1896年年贝可勒尔贝可勒尔发现发现衰变衰变裂变裂变1938年年原子弹原理原子弹原理聚变聚变氢弹原理氢弹原理238922349023490234910-123592人工人工转变转变正电子正电子1934年年 约里奥约里奥居里夫人居里夫人发现质子发现质子1919年年卢瑟福卢瑟福发现中子发现中子1932年年查德威克查德威克1471781262.解题注意解题注意

3、(1)熟记一些粒子的符号熟记一些粒子的符号(2)注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的；在解有注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒0-1例例1现有三个核反应：现有三个核反应：下列说法正确的是下列说法正确的是()A是裂变，是裂变，是是衰变，衰变，是聚变是聚变B是聚变，是聚变，是裂变，是裂变，是是衰变衰变C是是衰变，衰变，是裂变，是裂变，是聚变是聚变D是是衰变，衰变，是聚变，是聚变，是裂变是裂变解析解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变衰变是

4、指原子核放出变衰变是指原子核放出粒子和粒子和粒子后，变成新的原子核的粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应变化，像本题中的核反应；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；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应.综上所述，综上所述，C项项正确正确答案答案C针对训练针对训练1在下列四个核反应中，在下列四个核反应中，X表示中子的是哪些？在表示中子的是哪些？在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变？以下

5、核反应中哪些属于原子核的人工转变？解析解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子在子在A中，未知粒子的质量数为：中，未知粒子的质量数为：14417x，x1，其电荷数为：其电荷数为：728y，y1，即未知粒子是质子，即未知粒子是质子( H)；对对B，未知粒子的质量数为：，未知粒子的质量数为：27430 x，x1，其电荷，其电荷数为：数为：13215y，y0，所以是中子，所以是中子( n)；对对C，未知粒子的质量数为：，未知粒子的质量数为：

6、234x，x1，电荷数为：，电荷数为：112y，y0，也是中子，也是中子( n)；对对D，未知粒子的质量数为：，未知粒子的质量数为：235x9013610 x，x1，电荷数为：电荷数为：92y385410y，y0，也是中子，也是中子( n)，故方，故方程中程中X为中子的核反应为为中子的核反应为B、C、B为原子核的人工转变为原子核的人工转变11101010答案答案BCDAB返回返回1根据质量亏损计算核能根据质量亏损计算核能(1)用用Emc2计算核能计算核能公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示，所以，公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示，所以，当原子核及核子的质量用当原子核及核

7、子的质量用“kg”作单位时，用该式计算核能较为作单位时，用该式计算核能较为方便方便(2)用用1 u的质量相当于的质量相当于931.5 MeV的能量来计算核能的能量来计算核能2根据结合能计算核能根据结合能计算核能利用结合能计算核能时要采用利用结合能计算核能时要采用“先拆散，再结合先拆散，再结合”的方法的方法二、核能的计算方法二、核能的计算方法例例2假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦核的假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦核的同位素和中子，已知氘核的质量是同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是，氦核同位素

8、的质量是3.015 0 u，则聚变的核反应，则聚变的核反应方程是方程是_，在聚变反应中释放出的能量为，在聚变反应中释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字保留两位有效数字)解析解析根据题中条件，可知核反应方程为根据题中条件，可知核反应方程为核反应过程中的质量亏损核反应过程中的质量亏损m2mH(mHemn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u3.5103u由于由于1 u的质量与的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变反应的能量相对应，所以氘核聚变反应时放出的能量为时放出的能量为E3.5103931.5 MeV3.3 MeV.答案答案针对训练针对训练2为验证爱因斯坦质

9、能方程为验证爱因斯坦质能方程Emc2的正确性，的正确性，设计了如下实验：用动能为设计了如下实验：用动能为E10.6 MeV的质子轰击静止的的质子轰击静止的锂核锂核 Li，生成两个，生成两个粒子，测得两个粒子，测得两个粒子的动能之和为粒子的动能之和为E218.1 MeV.(1)写出该核反应方程；写出该核反应方程；解析解析核反应方程为：核反应方程为：73(2)通过计算说明通过计算说明Emc2正确正确(已知质子、已知质子、粒子、锂核的粒子、锂核的质量分别为质量分别为mp1.007 8 u，m4.002 6 u，mLi7.016 0 u)解析解析核反应过程中的质量亏损：核反应过程中的质量亏损：mmLi

10、mp2m7.016 0 u1.007 8 u24.002 6 u0.018 6 u由质能方程可得质由质能方程可得质量亏损释放的能量：量亏损释放的能量：Emc20.018 6931.5 MeV17.3 MeV.而系统增加的动能：而系统增加的动能：EE2E10.6) MeV17.5 MeV.这些能量正是来自核反应中的质量亏损，在误差允许范这些能量正是来自核反应中的质量亏损，在误差允许范围内可视为相等，所以围内可视为相等，所以Emc2正确正确返回返回三、核反应与能量的综合三、核反应与能量的综合例例3用中子轰击锂核用中子轰击锂核( Li)发生核反应，生成氚核发生核反应，生成氚核( H)和和粒子，粒子，

11、并放出并放出4.8 MeV的能量的能量(1)写出核反应方程写出核反应方程6331解析解析核反应方程为：核反应方程为：答案答案三、核反应与能量的综合三、核反应与能量的综合(2)求出质量亏损求出质量亏损解析解析依据依据Emc2得得答案答案三、核反应与能量的综合三、核反应与能量的综合(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动粒子的动能比是多少？能比是多少？解析解析根据题意有根据题意有0m1v1m2v2式中式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和分别为氚核和粒子的质量和速度，由上粒子的质量和速度，由上式及动能式及动能Ek ，可得它们的动能之比为

12、，可得它们的动能之比为答案答案三、核反应与能量的综合三、核反应与能量的综合(4)粒子的动能是多大？粒子的动能是多大？解析解析粒子的动能粒子的动能Ek2 (Ek1Ek2) 4.8 MeV2.06 MeV答案答案返回返回自我检测区自我检测区12341据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超据新华社报道，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导核聚变实验装置(又称又称“人造太阳人造太阳”)已完成了首次工程调已完成了首次工程调试下列关于试下列关于“人造太阳人造太阳”的说法正确的是的说法正确的是()1234解析解析A是核聚变反应，是核聚变反应，B是核裂变反应，故是核裂变反应，故A

13、正确，正确，B错误；错误；核反应方程中计算能量的关系式是爱因斯坦的质能方程，故核反应方程中计算能量的关系式是爱因斯坦的质能方程，故C正正确，确，D错误错误答案答案AC12342一个一个 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为裂变方程为， 则下列叙述正确的是则下列叙述正确的是()AX原子核中含有原子核中含有86个中子个中子BX原子核中含有原子核中含有141个核子个核子C因为裂变时释放能量，根据因为裂变时释放能量，根据Emc2，所以裂变后的总质量，所以裂变后的总质量 数增加数增加D因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量因

14、为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量 数减少数减少1234解析解析由质量数守恒和电荷数守恒知由质量数守恒和电荷数守恒知2351a9421,92b38，解得，解得a140，b54，其中，其中a为为X的质量数，的质量数，b为为X的核的核电荷数，电荷数，X核中的中子数为核中的中子数为ab1405486，由此可知，由此可知A正正确，确，B错误；错误；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故恒，故C、D均错误均错误答案答案A12343两个动能均为两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：的氘核发生正面碰

15、撞，引起如下反应：1234(1)此核反应中放出的能量此核反应中放出的能量E为为_解析解析此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.4.005 MeV1234(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是动能是_(已知已知m H2.013 6 u，m H3.015 6 u，m H1.007 3 u)213111解析解析因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零设其动量分别为零设其动量分别为p1，p2，必有，必有p1p2.1234设碰后质子和氚核的动能分别为设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和和Ek2，质量分别为，质量分别为m1和和m2.则则故新生的氚核具有的动能为故新生的氚核具有的动能为Ek2 (EEk0)2) MeV1.5 MeV.答案答案1.5 MeV4在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的