【紅對勾】高考物理 核反應(yīng) 核能

課時(shí)4核反應(yīng)核能編輯ppt知識點(diǎn)一核反應(yīng)——知識回顧——1．核反應(yīng)：在核物理學(xué)中，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新

的過程．原子核編輯ppt2．原子核的人工轉(zhuǎn)變：用

轟擊靶核，產(chǎn)生另一種

的方法．如應(yīng)用原子核的人工轉(zhuǎn)變的三大發(fā)現(xiàn)的核反應(yīng)如下：(1)1919年盧瑟福用

轟擊氮原子核，產(chǎn)生了氧的同位素，第一次實(shí)現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，并發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，其核反應(yīng)方程為714N＋

→817O＋11H.(2)1932年查德威克用

轟擊鈹核，發(fā)現(xiàn)了中子．其核反應(yīng)方程為49Be＋

→612C＋01n.高能粒子新核α粒子24Heα粒子24He編輯ppt(3)1934年約里奧·居里夫婦用人工方法發(fā)現(xiàn)了放射性同位素，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了正電子，其核反應(yīng)方程為1327Al＋24He→1530P＋.,1530P→1430Si＋

.01n10e編輯ppt——要點(diǎn)深化——1．核反應(yīng)的四種類型編輯ppt編輯ppt2.書寫原子核的核反應(yīng)方程時(shí)應(yīng)注意：(1)核反應(yīng)方程一般都不是可逆的，所以核反應(yīng)方程只能用單向箭頭表示反應(yīng)方向，不能用等號連接．(2)核反應(yīng)的生成物一定要以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，不能憑空只依據(jù)兩個(gè)守恒規(guī)律杜撰出生成物來寫核反應(yīng)方程．(3)核反應(yīng)遵循質(zhì)量數(shù)守恒而不是質(zhì)量守恒，核反應(yīng)方程中反應(yīng)前后的總質(zhì)量一般會(huì)發(fā)生變化(質(zhì)量虧損)且釋放出核能．(4)當(dāng)放射性物質(zhì)發(fā)生連續(xù)衰變時(shí)，原子核中有的發(fā)生衰變，有的不發(fā)生衰變，同時(shí)伴隨著輻射．編輯ppt——基礎(chǔ)自測——(2010·廣東高考)關(guān)于核衰變和核反應(yīng)的類型，下列表述正確的有()A．92238U→90234Th＋24He是α衰變B．714N＋24He→817O＋11H是β衰變C．12H＋13H→24He＋01n是輕核聚變D．3482Se→3682Kr＋2－10e是重核裂變編輯ppt解析：A項(xiàng)表示α衰變，C項(xiàng)表示輕核聚變，D項(xiàng)不是重核裂變，選項(xiàng)A、C正確，D錯(cuò)誤，B項(xiàng)中核反應(yīng)為原子核的人工轉(zhuǎn)變，選項(xiàng)B錯(cuò)誤．答案：AC編輯ppt知識點(diǎn)二核力核能——知識回顧——1．核力：

之間的相互作用力叫核力，它是短程力．2．核能：由于原子核間存在核力，所以核子

成原子核或原子核

為核子時(shí)均伴隨著巨大的能量變化，這種能量稱為核能．3．質(zhì)能方程：

結(jié)合分裂E＝mc2(ΔE＝Δmc2)核子編輯ppt4．質(zhì)量虧損總是發(fā)生在系統(tǒng)向外輻射能量的情況下，系統(tǒng)能量減少了，質(zhì)量自然也就減少了．當(dāng)系統(tǒng)的質(zhì)量減少Δm時(shí)，系統(tǒng)的能量就減少了ΔE，減少的能量向外輻射出去了．減少的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為光子的質(zhì)量，減少的能量轉(zhuǎn)化為光子的能量．雖然光子的靜止質(zhì)量為零，但在光子的輻射過程中，具有能量E＝hν，所以運(yùn)動(dòng)的光子具有一定的質(zhì)量．光子運(yùn)動(dòng)的速度始終為c，E＝hν＝mc2，所以當(dāng)一個(gè)光子的頻率為ν時(shí)，它的質(zhì)量為.編輯ppt——要點(diǎn)深化——核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程列式計(jì)算，即ΔE＝Δmc2(Δm的單位：kg)．(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏能量，則ΔE＝Δm×931.5MeV(Δm的單位：u,1u＝1.6606×10－27kg)．編輯ppt——基礎(chǔ)自測——(2010·北京高考)太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A．1036kg B．1018kgC．1013kg D．109kg編輯ppt答案：D編輯ppt知識點(diǎn)三裂變與聚變——知識回顧——1．重核的裂變：重核俘獲一個(gè)中子后分裂成兩個(gè)(或多個(gè))中等質(zhì)量核的反應(yīng)過程，重核裂變的同時(shí)放出幾個(gè)中子，并釋放出核能．如：92235U＋01n→3689Kr＋56144Ba＋301n.2．輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時(shí)釋放出大量的核能．要想使氘核和氚核結(jié)合成氦核，必須達(dá)到

的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫

反應(yīng)．如：12H＋13H→24He＋01n.幾百萬度以上熱核編輯ppt3．裂變反應(yīng)堆：又稱核反應(yīng)堆，簡稱反應(yīng)堆．反應(yīng)堆主要由以下幾部分組成：①

；②

；③

；④

；⑤

．核燃料減速劑控制棒冷卻劑反射層編輯ppt——要點(diǎn)深化——1．熱核反應(yīng)在宇宙中是很普遍的，太陽內(nèi)部和許多恒星內(nèi)部，溫度高達(dá)107K以上，熱核反應(yīng)在那里激烈地進(jìn)行著．但是目前除了氫彈以外，人們還不能控制聚變反應(yīng)，所以還無法和平利用聚變時(shí)釋放的核能．編輯ppt2．熱核反應(yīng)和裂變反應(yīng)相比，具有許多優(yōu)越性．首先，熱核反應(yīng)釋放的能量，就相同質(zhì)量的核燃料來講，比裂變反應(yīng)大．再有，裂變時(shí)產(chǎn)生放射性物質(zhì)，處理起來比較困難，熱核反應(yīng)在這方面的問題要簡單得多．第三，熱核反應(yīng)所用的燃料——氘，在地球上的儲(chǔ)量非常豐富，1L海水中大約有0.038g氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量和燃燒300L汽油相當(dāng)．因此，海水中的氘就是異常豐富的能源．編輯ppt——基礎(chǔ)自測——(2009·廣東高考)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的23He(氦3)．它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為23He＋23He―→211H＋24He.關(guān)于23He聚變下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)不會(huì)釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用23He聚變反應(yīng)發(fā)電編輯ppt解析：聚變反應(yīng)是輕核變?yōu)橹械荣|(zhì)量核的反應(yīng)，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放能量．目前核電站采用重核裂變反應(yīng)．答案：B編輯ppt題型一核反應(yīng)方程[例1]下面的各核反應(yīng)中能產(chǎn)生中子的是()A．用γ光子轟擊1226Mg，生成物之一為1126NaB．用氘核轟擊49Be，生成物之一為510BC．用質(zhì)子轟擊37Li，生成物之一為48BeD．用α粒子轟擊37Li，生成物之一為510B編輯ppt[解析]寫出各選項(xiàng)對應(yīng)的核反應(yīng)方程，根據(jù)核反應(yīng)成立的必要條件：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，可以得到B正確．[答案]B編輯ppt題后反思有關(guān)核反應(yīng)方程的題型主要有：(1)判斷核反應(yīng)的生成物；(2)判斷反應(yīng)類型；(3)判斷反應(yīng)是否成立．編輯ppt變式1—1下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號“X”表示中子的是()A．49Be＋24He→

126C＋XB.

147N＋24He→

178O＋XC.

20480Hg＋01n→

20278Pt＋211H＋XD.

23992U→

23993Np＋X編輯ppt解析：核反應(yīng)和核衰變方程中，反應(yīng)前后應(yīng)遵從質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，由此可得出正確答案為A、C，而B、D錯(cuò)誤．答案：AC編輯ppt題型二核能的計(jì)算[例2]原來靜止的原子核baX衰變放出α粒子的動(dòng)能為E0，假設(shè)衰變時(shí)產(chǎn)生的能量全部以動(dòng)能形式釋放出來，則在此衰變過程中總的質(zhì)量虧損是()編輯ppt[答案]D編輯ppt題后反思核能的計(jì)算方法(1)根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，ΔE＝Δmc2(Δm的單位：kg)．(2)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏能量，則ΔE＝Δm×931.5MeV(Δm的單位：u,1u＝1.660566×10－27kg)．編輯ppt變式2—1為確定愛因斯坦的質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2的正確性，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動(dòng)能為E1＝0.6MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核37Li，生成兩個(gè)α粒子，測得兩個(gè)α粒子的動(dòng)能之和為E2＝19.9MeV，已知質(zhì)子、α粒子、鋰粒子的質(zhì)量分別取mp＝1.0073u、mα＝4.0015u、mLi＝7.0160u，求：(1)寫出該反應(yīng)方程．(2)通過計(jì)算說明ΔE＝Δmc2正確．編輯ppt答案：(1)核反應(yīng)方程為37Li＋11H→224He(2)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損Δm＝mLi＋mP－2mα＝0.0203u，由質(zhì)能方程可得，質(zhì)量虧損相當(dāng)?shù)哪芰浚害＝Δmc2＝18.9MeV而系統(tǒng)增加的能量：ΔE′＝E2－E1＝19.3MeV這些能量來自核反應(yīng)中，在誤差允許的范圍內(nèi)可認(rèn)為相等，所以ΔE＝Δmc2正確．編輯ppt題型三核反應(yīng)中的動(dòng)量守恒問題[例3]已知氘核(12H)質(zhì)量為2.0136u，中子(01n)質(zhì)量為1.0087u，氦核(23He)質(zhì)量為3.0150u,1u相當(dāng)于931.5MeV.(1)寫出兩個(gè)氘核聚變成23He的核反應(yīng)過程．(2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能(保留三位有效數(shù)字)．(3)若兩個(gè)氘核以相同的動(dòng)能0.35MeV做對心碰撞即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)后生成的氦核(23He)和中子(01n)的速度大小之比是多少？編輯ppt[思路點(diǎn)撥]先根據(jù)定義求核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm，再由愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2計(jì)算核能．編輯ppt[解析](1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為：12H＋12H―→23He＋01n(2)質(zhì)量虧損Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2.0136u×2－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u由于1u的質(zhì)量與931.5MeV的能量相對應(yīng)，所以核反應(yīng)中釋放的核能為ΔE＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV.(3)由動(dòng)量守恒定律有：0＝mHevHe－mnvn得：vHe∶vn＝1∶3編輯ppt[答案](1)12H＋12H→23He＋01n(2)3.26MeV(3)1∶3編輯ppt題后反思熱核反應(yīng)是通過加熱使輕核獲得較大能量，在相互作用中克服庫侖斥力達(dá)到核力作用的范圍而結(jié)合成新核的過程，這樣的題型常考查太陽中的熱核反應(yīng)和可控?zé)岷朔磻?yīng)．反應(yīng)中釋放的能量根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程求解．由于作用過程可以簡化為碰撞模型，因此此類題可跟動(dòng)量、能量結(jié)合．編輯ppt變式3—1某實(shí)驗(yàn)室工作人員，用初速度v0＝0．09c(c為真空中的光速)的α粒子，轟擊靜止的氮原子核714N，產(chǎn)生了質(zhì)子11H.若某次碰撞可看做對心正碰，碰后新核與質(zhì)子同方向運(yùn)動(dòng)，垂直磁場方向射入磁場，通過分析偏轉(zhuǎn)半徑可得出新核與質(zhì)子的速度大小之比為1∶20，已知質(zhì)子質(zhì)量為m.(1)寫出核反應(yīng)方程；(2)求出質(zhì)子的速度v；(3)若用上述兩個(gè)質(zhì)子發(fā)生對心彈性碰撞，則每個(gè)質(zhì)子的動(dòng)量變化量是多少？(保留兩位有效數(shù)字)編輯ppt(3)質(zhì)量相等且彈性碰撞，交換速度．對某一質(zhì)子，選其末動(dòng)量方向?yàn)檎较?，則p2＝mv，p1＝－mv，又Δp＝p2－p1，故解出Δp＝0.40mc，方向與末動(dòng)量方向一致．編輯ppt答案：(1)見解析(2)0.20c(3)0.40mc，方向與末動(dòng)量方向一致編輯ppt1．放射性同位素釷232經(jīng)α、β衰變會(huì)生成氡，其衰變方程為90232Th→86220Rn＋xα＋yβ，其中()A．x＝1，y＝3 B．x＝2，y＝3C．x＝3，y＝1 D．x＝3，y＝2編輯ppt答案：D編輯ppt2．三個(gè)原子核X、Y、Z，X核放出一個(gè)正電子后變?yōu)閅核，Y核與質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)后生成Z核并放出一個(gè)氦核(24He)．則下面說法正確的是()A．X核比Z核多一個(gè)質(zhì)子B．X核比Z核少一個(gè)中子C．X核的質(zhì)量數(shù)比Z核質(zhì)量數(shù)大3D．X核與Z核的總電荷是Y核電荷的2倍編輯ppt解析：設(shè)X原子核為abX，則根據(jù)題意應(yīng)有abX→a－1

bY＋10ea－1

bY＋11H→a－2b－3Z＋24He再根據(jù)質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)的關(guān)系可得C、D正確，A、B錯(cuò)誤．答案：CD編輯ppt3．鋁箔被α粒子轟擊后發(fā)生了以下核反應(yīng)：1327Al＋24He→X＋01n.下列判斷正確的是()A．01n是質(zhì)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的質(zhì)量數(shù)為1，無電荷數(shù)，應(yīng)為中子，則A錯(cuò)誤，B正確．從反應(yīng)方程知X為1530X，其電荷數(shù)為15，質(zhì)量數(shù)為30，是1531P的同位素，所以C錯(cuò)誤，而D正確．答案