2024届高考物理二轮专题复习与测试第一部分专题五热学光学原子物理第15讲原子结构与原子核命题点四核能的计算

命题点四核能的计算1．应用质能方程解题的流程图．eq\x(\a\al(书写核反,应方程))→eq\x(\a\al(计算质量,亏损Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,计算释放的核能))(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算．因1原子质量单位(u)相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．2．根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子的比结合能×核子数．3．核能释放的两种途径的理解．(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．4．核电站与热核反应．(1)核电站反应堆主要部件：部件名称慢化剂控制棒热循环介质保护层采用的材料石墨、重水或普通水(也叫轻水)镉水或液态钠很厚的水泥外壳作用降低中子速度，便于铀235吸收吸收中子控制反应速度把反应堆内的热量传输出去屏蔽射线防止放射性污染(2)核聚变．定义：两个轻核结合成质量较大的原子核，这种核反应叫作聚变．能量的变化：轻核聚变后，比结合能增加，反应中会释放能量．发生聚变的条件：要使原子核间的距离达到10～15m，核力才能大于电磁力．实现的方法有：把原子核加热到很高的温度。所以聚变反应又叫热核反应。(多选)中国“嫦娥五号”在月球采集的约2公斤月壤中含有地球上鲜有的eq\o\al(3,2)He，eq\o\al(3,2)He是地球上很难得到的清洁、安全和高效的核聚变发电燃料，被科学家们称为“完美能源”．有关eq\o\al(3,2)He聚变的核反应方程如下：①eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X＋3.3MeV，②eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2Y＋12.86MeV；下列说法正确的是()A．X为中子，Y为质子B.eq\o\al(3,2)He的比结合能比eq\o\al(4,2)He的比结合能大C．方程①中：质量亏损约为5.9×10－31kgD．方程②中：核子平均释放的能量约为2.14MeV解析：设X粒子质量数和核电荷数分别为m、n，根据质量数守恒和电荷数守恒可得2＋2＝3＋m，1＋1＝2＋n，解得m＝1，n＝0.由此可知X为中子，符号表示为eq\o\al(1,0)n.设Y粒子质量数和核电荷数分别为x、y，根据质量数守恒和电荷数守恒可得3＋3＝4＋2x，2＋2＝2＋2y，解得x＝1，y＝1.由此可知Y粒子为质子，符号表示为eq\o\al(1,1)H，A项正确；由方程②可知，核反应放出核能，生成物比反应物更稳定，比结合能也更大，即eq\o\al(4,2)He的比结合能比eq\o\al(3,2)He的比结合能大，B项错误；方程①释放的核能为ΔE＝3.3MeV＝3.3×106×1.6×10－19J＝5.28×10－13J，根据质能方程ΔE＝Δmc2可知，质量亏损约为Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(5.28×10－13,（3×108）2)kg≈5.9×10－30kg，C项错误；方程②中，参与反应的核子数为3＋3＝6，核子平均释放的能量为E＝eq\f(12.86MeV,6)≈2.14MeV，D项正确．故选AD.答案：AD2020年11月27日00时41分，华龙一号全球首堆中核集团福清核电5号机组首次并网成功．如图所示是原子核的比结合能与质量数的关系图，下列说法正确的是()A．核反应中，质量守恒B．华龙一号的原理是热核反应C．原子核比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定D．核裂变反应过程中，反应物的结合能之和大于生成物的结合能之和解析：核反应中，质量数守恒，但质量不守恒，释放核能时会产生质量亏损，故A项错误；华龙一号的原理是核裂变，不是热核反应(核聚变)，故B项错误；原子核比结合能越大，核子平均质量越小，原子核越稳定，故C项正确；核裂变反应过程中，释放的核能等于生成物的结合能之和减反应物的结合能之和，所以反应物的结合能之和小于生成物的结合能之和，故D项错误．故选C.答案：C已知氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，则两个氘核结合成一个氦核时()A．释放出4.9MeV的能量B．释放出6.0MeV的能量C．释放出24.0MeV的能量D．吸收4.9MeV的能量解析：依据题意可写出两个氘核结合成一个氦核的核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，因氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1MeV，于是吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0MeV，式中负号表示释放核能，故选C.答案：C1．中国物理学家钱三强与何泽慧等合作，在利用中子打击铀的实验中，观察到三分裂变和四分裂变现象，如图，其中一种裂变反应式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.用mU、mBa、mKr分别表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr核的质量，mn表示n粒子的质量，c为真空中的光速，下列说法正确的是()A．链式反应能否发生跟铀原料的体积无关B．裂变产物eq\o\al(144,56)Ba的比结合能大于eq\o\al(235,92)U的比结合能C．该核反应过程中质量有所增加D．该核反应中放出的核能为(mU－mBa－mKr－3mn)c2解析：链式反应能否发生跟铀原料的临界体积有关，故A项错误；裂变产物eq\o\al(144,56)Ba的比结合能大于eq\o\al(235,92)U的比结合能，从而产生质量亏损，放出能量，故B项正确；该核反应过程中质量有亏损，故C项错误；该核反应中放出的核能为(mU－mBa－mKr－2mn)c2，故D项错误.故选B.答案：B2．(多选)月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦3(eq\o\al(3,2)He)，2020年12月1日，我国“嫦娥五号探测器”成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究．可控核聚变可以采用eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X或eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋Y.下列说法正确的是()A．X是中子B．Y是正电子C．核聚变过程发生质量亏损，释放核能D.eq\o\al(3,2)He比eq\o\al(4,2)He的原子核更稳定解析：根据核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒可知，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，所以X是中子，故A项正确；根据核反应方程中，质量数守恒和电荷数守恒可知，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，所以Y是质子，故B项错误；核聚变过程发生质量亏损，释放核能，故C项正确；原子核是否稳定主要是比较比结合能的大小，根据比结合能随质量数的变化趋势可知，eq\o\al(3,2)He比eq\o\al(4,2)He的原子核的比结合能小，所以eq\o\al(4,2)He比eq\o\al(3,2)He的原子核更稳定，故D项错误．故选AC.答案：AC3．如图所示，图甲为原子核的比结合能与质量数关系曲线，图乙为原子核的平均核子质量与原子序数的关系曲线，根据两曲线，下列说法正确的是()A．根据图甲可知，eq\o\al(3,2)He核的结合能约为7MeVB．根据图甲可知，eq\o\al(235,92)U核的结合能比eq\o\al(89,36)Kr核的结合能更大C．根据图乙可知，核D裂变成核E和F的过程中，比结合能减小D．根据图乙可知，若A、B能结合成C，结合过程一定要吸收能量解析：题图甲中eq\o\al(4,2)He核的比结合能约为7MeV，但图中不能看出eq\o\al(3,2)He核的比结合能，不能计算eq\o\al(3,2)He核的结合能，故A项错误；分析题图甲可知，eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(89,36)Kr核的比结