2018_2019版高中物理第5章核能与社会5.1核能来自何方学案沪科版

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高中物理第5章核能与社会5.1核能来自何方学案沪科版选

核能来自何方释放的核能。

一、壮大的核力 1．概念：组成原子核的临近的核子之间存在的一种特殊的力。

2．特点：核力是一种强彼此作用力，它比电磁力和万有引力大得多；它也是一种短程力，它的作用距离只有10－15m 的数量级。

预习交流1一个核子和原子核内所有的核子之间都存在核力吗？答案：不是。

核力是短程力，一个核子只能对跟它相邻的少数核子发生显著的彼此作使劲，与其他不相邻的核子之间大体没有彼此作使劲。

二、结合能1．结合能：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量。

2．平均结合能：核子结合成原子核时每一个核子平均放出的能量。

预习交流2结合能与平均结合能相较，哪个更能表示原子核的稳固性？答案：平均结合能。

三、如何计算结合能1．质量亏损：组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差。

2．释放核能的计算公式：ΔE ＝Δmc 2预习交流3有人说，质量亏损就是核子数变少了；也有人说，质量亏损，意味着质量消失了。

这两种说法对吗？答案：这两种说法都不对。

在核反映进程，核子的总数没有转变，但原子核的质量比组成它的核子的总质量小了；质量亏损也并非是质量无缘无端地消失了，而是亏损的那部份质量将伴随着能量放出了。

一、原子核中质子与中子的比例原子核中质子与中子的个数相同吗？重核的中子数为何一般多于质子数？答案：较轻原子核的质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，原子核越重，二者相差越大。

中子与质子相较，它与其他核子之间只有核力而没有电磁斥力，故中子比质子更有维持原子核稳固的一面，所以稳固的重原子核里面，中子数要比质子数多。

对核子结合成原子核的下列说法正确的是（）。

A ．原子核内的核子间均存在核力B ．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．稳固原子核的质子数老是与中子数相等D．对证子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳固的作用答案：D解析：核力是短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；核力只作用于相邻的核子，随着质子数增加，为使原子核维持稳固，必需靠中子数的增多来抵消库仑力的作用，故C错误，D正确。

陕西省安康市石泉县高中物理第5章核能与社会5.1核能来自何方课件沪科版选修3-5

8
质子发现:
卢瑟福α粒子轰击氮原子核实验
F
布拉凯特实验
9
14 7
N
24He198F
(复合核)
18 9
F
178
011H
14 7
N
24He187
O
11H
布拉凯特实验 10
布拉凯特实验
布拉凯特拍摄了两万多张云室照片，终于从四十多万条粒子径迹的照片中，发现有八条产生了分叉
11
中子发现:
钋铍
他们的关系是：E mc2
质能方程
核子在结合成原子核时要放出能量，出现质量亏损，大小为：
E mc2
爱因斯坦
物体质量，随着能量的变化，会发生变化。
6
例1、中子和质子结合成氘核时，质量减少了Δm＝0.0040×10-27kg，则过程中是释放能量还是吸收能量，对应的核能多大？
解：（1）质量减少了，说明释放能量
E mc2
3、质能方程：
E mc2
14
光子?
从石蜡中打出质子,光子的能量应达到55Mev， α粒子轰击铍核只能产生能量为7Mev的光子
不可见粒子不可能是光子
12
钋铍
英国物理学家查德威ห้องสมุดไป่ตู้，经过测量
计算，确定不可见粒子是中子。
9 4
Be
24He162C
01n(中子)
13
课堂小结：
1、核力：组成原子核的核子之间的相互作用力，叫核力。
2、结合能：核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能.
质子
核反应放出的能量 2.2MeV (结合能) 叫做核能
4

2019版高中物理第5章核能与社会5.1核能来自何方学案沪科版选修3_5

5.1 核能来自何方[学习目标]1.知道核力的概念、特点.2.认识原子核的结合能，了解平均结合能.3.知道什么是质量亏损，能用爱因斯坦质能方程计算原子核的结合能．一、核力[导学探究] 1.有的同学认为：“原子核内质子间的库仑斥力，与质子、中子间的万有引力平衡而使原子达到稳定状态”，这种说法正确吗？答案不正确．在相同的距离上，质子之间的库仑力的大小大约比万有引力强1035倍，两者相差悬殊，不可能平衡．2．是什么力克服质子之间的库仑斥力，使核子结合成一个稳固的原子核的？答案核子间(质子与质子、中子与中子、质子与中子)存在着一种比库仑力大得多的核力．[知识梳理] 核力及特点1．核力：组成原子核的核子之间存在着一种特殊的力．2．核力特点：(1)核力是一种强相互作用力，它存在于质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间．(2)核力是一种短程力，它的作用距离只有10－15m的数量级．因此，每个核子只能对跟它邻近的少数核子(一般不超过3个)发生显著的相互作用．(3)核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间都可以有核力作用．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)原子核中的质子是靠自身的万有引力聚在一起的．( ×)(2)核力是强相互作用力，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多．( √)二、结合能[导学探究]1．设有一个质子和一个中子在核力作用下靠近碰撞并结合成一个氘核．质子和中子结合成氘核的过程中是释放能量还是吸收能量？使氘核分解为质子和中子的过程中呢？答案质子和中子结合成原子核的过程中要释放能量；氘核分解成质子和中子时要吸收能量．2．如图1所示是不同原子核的平均结合能随核子数变化的曲线．图1(1)从图中看出，中等质量的原子核与重核、轻核相比平均结合能有什么特点？平均结合能的大小反映了什么？(2)平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时是吸收能量还是释放能量？答案 (1)中等质量的原子核平均结合能较大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，平均结合能越大，原子核越稳定． (2)释放能量． [知识梳理] 1．结合能核子结合成原子核时释放的能量，或原子核分解成核子时吸收的能量叫原子核的结合能． 2．平均结合能核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做平均结合能，它等于核的结合能跟核子数的比值．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．3．核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等核子数的原子核，平均结合能较大．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能． [即学即用] 判断下列说法的正误． (1)一切原子核均具有结合能．( √ )(2)组成原子核的核子越多，它的平均结合能就越高．( × ) (3)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳定．( × ) (4)自由核子结合为原子核时，可能吸收能量．( × ) 三、质量亏损和核能的计算 [导学探究]1．用α粒子轰击铍(94Be)核发现中子的核反应方程94Be ＋42He→126C ＋10n甲同学说：核反应过程中核子数没变，所以质量是守恒的；乙同学查找资料，各个原子核或核子的质量如下：m Be＝9.01219u，m C＝12.000u，mα＝4.0026u，m n＝1.008665u．(其中1u＝1.660566×10－27 kg)，他通过计算发现反应之后的质量减少了，于是他得出结论“核反应过程中质量消失了”．这两个同学的说法对吗？如果不对错在哪里？你对质量亏损是如何理解的？答案甲同学的说法错误．核反应过程中是质量数守恒而不是质量守恒；乙同学的说法错误．质量亏损并不是质量消失．2．试计算上述核反应过程中是释放能量，还是吸收能量？能量变化了多少？答案反应前的总质量m1＝m Be＋mα＝9.01219u＋4.0026u＝13.01479u反应后的总质量m2＝m C＋m n＝12.0000u＋1.008665u＝13.008665u所以质量亏损Δm＝m1－m2＝13.01479u－13.008665u＝0.006125u.放出的能量ΔE＝Δmc2＝0.006125×1.660566×10－27×(3×108)2J＝9.15×10－13J＝5.719MeV.[知识梳理]1．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，其关系是E＝mc2. 2．质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，则总能量也随之减少．这时质能方程也写作ΔE＝Δmc2.一、对结合能和平均结合能的理解1．中等质量原子核的平均结合能最大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小．2．平均结合能与原子核稳定的关系(1)平均结合能的大小能够反映原子核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示该原子核就越稳定．(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，表示原子核不太稳定；中等核子数的原子核，平均结合能较大，表示原子核较稳定．(3)当平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时，就能释放核能．例如，一个核子数较大的重核分裂成两个核子数小一些的核，或者两个核子数很小的轻核结合成一个核子数大一些的核，都能释放出巨大的核能．例1 下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是( )A ．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B ．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C ．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大D ．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大答案 D解析核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A 选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，B 、C 选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D 选项正确．针对训练一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程为______________，该反应放出的能量为Q ，则氘核的平均结合能为__________．答案 10n ＋11H→21H Q2解析核反应方程10n ＋11H→21H ，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能，它的结合能与核子数之比称做平均结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以平均结合能为Q2.1．核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量，吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．2．平均结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能大．二、质量亏损和核能的计算 1．根据质量亏损计算根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm . 根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能．其中Δm 的单位是千克，ΔE 的单位是焦耳． 2．利用原子质量单位u 和电子伏特计算 ①明确原子质量单位u 和电子伏特之间的关系 1u ＝1.660566×10－27kg,1eV ＝1.602178×10－19J由E ＝mc 2得E ＝1.660566×10－27×(2.9979×108)21.602178×10－19eV ＝931.5MeV②根据1原子质量单位(u)相当于931.5MeV 的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5MeV ，即ΔE ＝Δm ×931.5MeV. 其中Δm 的单位是u ，ΔE 的单位是MeV.例3 31H 的质量是3.016050u ，质子的质量是1.007277u ，中子的质量为1.008665u ．求：(质量亏损1u 相当于释放931.5MeV 的能量)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？ (2)氚核的结合能和平均结合能各是多少？答案 (1)放出 7.97MeV (2)7.97MeV 2.66MeV解析 (1)一个质子和两个中子结合成氚核的反应方程式是11H ＋210n ―→31H ，反应前各核子总质量为m p ＋2m n ＝(1.007277＋2×1.008665) u＝3.024607u ，反应后新核的质量为m H ＝3.016050u ，质量亏损为Δm ＝(3.024607－3.016050) u ＝0.008557u. 因反应前的总质量大于反应后的总质量，故此核反应放出能量．释放的核能为ΔE ＝0.008557×931.5MeV≈7.97MeV. (2)氚核的结合能即为ΔE ＝7.97MeV ，它的平均结合能为ΔE3≈2.66MeV.核能的两种单位换算技巧1．若以kg 为质量亏损Δm 的单位，则计算时应用公式ΔE ＝Δmc 2，核能的单位为J. 2．若以原子单位“u”为质量亏损Δm 的单位，则ΔE ＝Δm ×931.5MeV，核能的单位为MeV. 3．两种单位的换算：1MeV ＝1×106×1.6×10－19J ＝1.6×10－13J.1．(核力的特点)下列关于核力的说法正确的是( ) A ．核力同万有引力没有区别，都是物体间的相互作用 B ．核力就是电磁力C ．核力是短程力，作用范围在10－15m 之内D ．核力与电荷有关答案 C解析核力是短程力，超过10－15m ，核力急剧下降几乎消失，故选项C 正确；核力与万有引力、电磁力不同，故选项A 、B 错误；核力与电荷无关，故选项D 错误． 2．(对质能方程的理解)(多选)对公式ΔE ＝Δmc 2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应地增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成的原子核的质量之差就是Δm答案ABD解析一定的质量对应一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应地减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确．如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应地增加Δmc2，所以选项B正确．某原子核衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．3．(核能的计算)一个锂核(73Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.6726×10－27kg，锂核的质量是11.6505×10－27kg，氦核的质量是6.6466×10－27kg.(1)写出上述核反应的方程；(2)计算上述核反应释放出的能量．答案(1)73Li＋11H→242He (2)2.691×10－12J解析(1)73Li＋11H→242He(2)核反应的质量亏损Δm＝m Li＋m p－2mα＝(11.6505×10－27＋1.6726×10－27－2×6.6466×10－27) kg＝2.99×10－29kg释放的能量ΔE＝Δmc2＝2.99×10－29×(3×108)2J＝2.691×10－12J一、选择题考点一对核力及结合能的理解1．下列对核力的认识正确的是( )A．任何物体之间均存在核力B．核力广泛存在于自然界中的核子之间C．核力只存在于质子之间D．核力存在于质子与质子间、质子与中子间、中子与中子间答案 D2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( ) A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在着强大的核力D．核子间存在着复杂磁力答案 C3．下列关于平均结合能的说法正确的是( ) A ．核子数越多，平均结合能越大 B ．核子数越多，平均结合能越小 C ．结合能越大，平均结合能越大 D ．平均结合能越大，原子核越稳定答案 D解析由核平均结合能随质量数的变化图像可知，中等质量核的平均结合能较大，A 、B 、C 错；而平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，D 对．考点二质能方程的理解、质量亏损和核能的计算4．原子质量单位为u,1u 相当于931.5MeV 的能量，真空中光速为c ，当质量分别为m 1和m 2的原子核结合为质量为M 的原子核时释放出的能量是( ) A ．(M －m 1－m 2) u×c 2B ．(m 1＋m 2－M ) u×931.5JC ．(m 1＋m 2－M )cD ．(m 1＋m 2－M )×931.5MeV 答案 D5．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减小．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 ．1036kg B ．1018kg C ．1013kg D ．109kg答案 D解析根据ΔE ＝Δmc 2得：Δm ＝ΔE c 2＝4×1026(3×108)2 kg≈4.4×109kg ，故D 正确，A 、B 、C 错误．6．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30MeV 的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV 的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为( ) A ．21.04MeV B ．35.56MeV C ．92.16MeV D ．77.64MeV答案 C解析设中子的质量为m n ，质子的质量为m p ，α粒子的质量为m α，碳原子核的质量为m C . 根据质能方程：ΔE 1＝28.30 MeV ＝[2(m n ＋m p )－m α]c 2ΔE 2＝7.26 MeV ＝[3m α－m C ]c 2ΔE 3＝[6m n ＋6m p －m C ]c 2由以上各式得ΔE 3＝92.16 MeV.7．如图1所示是描述原子核核子的平均质量m 与原子序数Z 的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A ．将原子核A 分解为原子核B 、C 可能吸收能量 B ．将原子核D 、E 结合成原子核F 可能吸收能量 C ．将原子核A 分解为原子核B 、F 一定释放能量 D ．将原子核F 、C 结合成原子核B 一定释放能量答案 C解析因B 、C 核子平均质量小于A 的核子平均质量，故A 分解为B 、C 时，会出现质量亏损，故放出核能，故A 错误，同理可得B 、D 错误，C 正确．8．中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D .现用光子能量为E 的γ射线照射静止氘核使之分解，核反应方程为γ＋D→p＋n ，若分解后中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( ) A.12[(m D －m p －m n )c 2－E ] B.12[(m D ＋m n －m p )c 2＋E ] C.12[(m D －m p －m n )c 2＋E ] D.12[(m D ＋m n －m p )c 2－E ] 答案 C解析氘核分解为核子时，要吸收能量，质量增加，本题核反应过程中γ射线的能量E 对应质量的增加和中子与质子动能的产生，即E ＝Δmc 2＋2E k ＝(m p ＋m n －m D )c 2＋2E k 得E k ＝12[E －(m p＋m n －m D )c 2]＝12[(m D －m p －m n )c 2＋E ]，故选C.9．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H ＋10n ―→21H ＋γ，以下说法中正确的是( )A ．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B ．反应前后的质量数不变，因而质量不变C ．γ光子的能量Δmc 2，Δm 为反应中的质量亏损，c 为光在真空中的速度 D ．因存在质量亏损Δm ，所以“物质不灭”的说法不正确答案 AC解析由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，所以质量不守恒，但质量数不变，且能量守恒，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A 、C. 二、非选择题10．(核能的计算)已知氮核质量M N ＝14.00753u ，氧17核的质量M O ＝17.00454u ，氦核质量M He ＝4.00387u ，氢核质量M H ＝1.00815u ，试判断：14 7N ＋42He→17 8O ＋11H 这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化是多少？(已知1u 相当于931.5MeV 的能量) 答案吸收能量 1.2MeV解析反应前总质量：M N ＋M He ＝18.01140u ，反应后总质量：M O ＋M H ＝18.01269u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．故ΔE ＝(18.01269－18.01140)×931.5MeV≈1.2MeV.11．(质量亏损与核能的计算)一个静止的镭核22688Ra 发生衰变放出一个粒子变为氡核22688Rn.已知镭核226质量为226.0254u ，氡核222质量为222.0163u ，放出粒子的质量为4.0026u,1u 相当于931.5MeV 的能量． (1)写出核反应方程； (2)求镭核衰变放出的能量；(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能．答案 (1)22688Ra→22286Rn ＋42He (2)6.05MeV (3)5.94MeV解析 (1)核反应方程为22688Ra→22286Rn ＋42He. (2)镭核衰变放出的能量为ΔE ＝Δm ·c 2＝(226.0254－4.0026－222.0163)×931.5MeV ≈6.05MeV.(3)镭核衰变前静止，镭核衰变时动量守恒，则由动量守恒定律可得m Rn v Rn －m αv α＝0① 又因为衰变放出的能量转变为氡核和α粒子的动能，则 ΔE ＝12m Rn v Rn 2＋12m αv α 2②由①②可得E k α＝m Rn m Rn ＋m α·ΔE ＝222.0163222.0163＋4.0026×6.05MeV≈5.94MeV.。

5.1核能来自何方学案

①根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm。
②根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能。
③计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳。
（2）．利用原子单位u和电子伏计算。
①明确原子单位u和电子伏特间的关系
因1 u＝1.660 6×10－27kg
则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(3.0×108)2 J＝1.494×10－10J
四、质量亏损
①物体的质量和能量有何关系？若一个物体质量减小了△m，那么它的能量减小多少？
②已知中子的质量mn=1.6749×10-27kg，质子的质量为mp=1.6726×10-27kg，氘核的质量mD=3.3436×10-27kg。将一个质子和一个中子结合成一个氘核，质量减小了多少？能量减小了多少？氘核的结合能是多少？比结合能是多少？
A.[(mD－mp－mn)c2－E]
B.[(mp＋mn－mD)c2－E]
C.[(mD－mp－mn)c2＋E]
D.[(mp＋mn－mD)c2＋E]
7．原子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c.当质量分别为m1kg和m2kg的原子核结合为质量为Mkg的原子核时，释放出的能量是()
A．(M－m1－m2)u·c2J
B．(m1＋m2－M)u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2J
D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
8．已知：氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量为MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.003 87 u，氢核质量为MH＝1.008 15 u.
(3)每个核子________的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。
2．原子核是核子结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的________。原子核的结合能与核子数之比，称做________，也叫平均结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越________，原子核越________。

高中物理第5章核能与社会5.4核能利用与社会发展学案沪科版选修3_5

5.4 核能利用与社会发展的关系。

一、核能的优越性1．核燃料提供的能量巨大；2．核燃料储量丰富；3．核燃料的运输、储存方便；4．使用核燃料清洁、卫生，对环境污染小。

预习交流1为什么说核燃料提供的能量巨大？答案：计算表明，1 kg 铀全部裂变释放的能量相当于2 700 t 标准煤完全燃烧放出的能量，地球上所有的常规能源都无法跟核能相比。

二、核安全与核废料的处理1．核电站为了确保安全，防止放射性物质的泄露，设置了4道安全屏障：（1）二氧化铀陶瓷体燃料芯块，可以把98%以上的裂变产物滞留在芯块内，不向外释放。

（2）性能良好的锆合金包壳把燃料芯块密封在其中，能够经受各种工作情况的考验，保证密封良好。

（3）反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界保证结构的完整性。

（4）由钢筋水泥构成的安全壳，能承受事故发生的压力并保证密封良好，防止放射性物质外泄。

2．废料处理方法（1）后处理技术：从用过的核燃料中回收铀、钚等，这样可以收回97%的核燃料，只需处理其他3%的放射性废料。

（2）固化处理：低、中放射性废料用沥青固化或水泥固化后，储藏于地下浅层废料库；高放射性废料用玻璃固化后，储藏于地下深层废料库。

预习交流2核物理学家卢瑟福在1915年说：“我希望人们在学会和平相处之前，不要释放镭的内部力量。

”你是怎样理解卢瑟福的这句话的含义的？答案：核能力量巨大，若用于建设、改善人类生活，是很好的；但若是利用核能制作武器，也是杀伤力最大的。

这句话充分彰显了卢瑟福作为一个科学家对人类负责的伟大情怀。

一、核能的优越性为什么说核能的使用比常规化能源清洁卫生？答案：常规化能源燃烧时要排放大量二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫、煤渣及烟灰等，它们都是造成温室效应和酸雨的罪魁祸首，煤中还含有少量的放射性物质，如铀、钍、镭等。

核电站不排放二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等造成温室效应和酸雨的气体及烟尘。

只要设计良好、管理完善，就不会发生核泄漏。

关于核电站以下说法正确的是（）。

高中物理《核能来自何方》教案沪科版选修3-5

5.1 核能来自何方学习目标1. 让学生知道什么是原子核的人工转变，什么是核反应，如何用核反应方程表示核反应。

2. 知道质量亏损的概念并会计算。

理解爱因斯坦质能方程的物理意义，并能计算核。

3. 培养学生的理解能力、推理能力及数学计算能力。

4. 通过学习，让学生体验科学家进行探索实验、抽象概括、推理判断的基本方法。

5. 培养学生尊重客观、热爱科学的精神。

6. 使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见的作用的观点。

重点难点核反应方程是本节课的一个重点，教师要引导学生按照质量数守恒和电荷数守恒的规律以及有关原子核与粒子的书写规则正确的写出核反应方程。

在这个知识点的教学中，应当引导学生感受查德威克是怎样发现中子的。

质能方程是本节课的第二个重点，也是难点。

教师可以让学生了解质量亏损的概念与计算方法，然后讨论质能方程的物理意义，教师对此应当作出正确的解释，帮助学生认识质能方程蕴含的物理思想，并通过阅读与训练，指导学生掌握计算核能的基本方法。

其中物理单位也属于一个相对难点，应让学生记住、会用。

导学过程○问题情景呈现，导入新课师：播放投影1：大亚湾核电站外观图及核反应堆；数据：1kg铀235燃烧释放出的原子核能相当于2 500吨优质煤燃烧时放出的热量，只需几千克铀235就足够上海市24小时的耗能供应。

播放投影2：卢瑟福在1919年，首先发现质子的实验装置图，第一次实现了原子核的人工转变。

在原子核的转变中，遵守哪些规律？如此巨大的核能是从哪里来的呢？这是我们在本节课将要学习和探究的新问题。

师：播放课题名称：五、核反应核能○新课教学师：请同学们阅读教材，然后回答以下问题。

师：板书〈一〉核反应，投影简答题组〈一〉⑴什么是原子核的人工转变？⑵什么是核反应？为什么说原子核的人工转变是核反应的一种？你还知道哪些核反应？⑶如何用核反应方程表示核反应过程？在核反应中遵循哪些规律？⑷试背写出卢瑟福发现质子的核反应方程，查德威克发现中子的核反应方程。

高中物理第5章核能与社会章末总结学案沪科版选修

高中物理第5章核能与社会章末总结学案沪科版选修一、对核反应方程及类型的理解1、四类核反应方程的比较名称核反应方程式时间其它衰变α衰变92U→90Th＋Heβ衰变90Th→91Pa＋0－1e1896年贝可勒尔发现裂变92U＋n→Sr＋Xe＋10n＋141 MeV1938年原子弹原理聚变H＋H→He＋n＋17、6 MeV氢弹原理人工转变正电子Al＋He→P＋nP→Si＋e1934年约里奥—居里夫人发现质子7N＋He→8O＋H1919年卢瑟福发现中子Be＋He→6C＋n1932年查德威克2、解题注意(1)熟记一些粒子的符号α粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子( 0－1e)、氘核(H)、氚核(H)、(2)注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒、例1 现有三个核反应：①Na→Mg＋e②U＋n→Ba＋Kr＋3n③H＋H→He＋n下列说法正确的是()A、①是裂变，②是β衰变，③是聚变B、①是聚变，②是裂变，③是β衰变C、①是β衰变，②是裂变，③是聚变D、①是β衰变，②是聚变，③是裂变解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变、衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应①；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②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应③、综上所述，C项正确、答案C针对训练1 在下列四个核反应中，X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？A、N＋He→O＋XB、Al＋He→P＋XC、H＋H→He＋XD、U＋X→Sr＋Xe＋10X答案BCD AB解析在核反应中，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子、在A中，未知粒子的质量数为：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数为：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(H)；对B，未知粒子的质量数为：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数为：13＋2＝15＋y，y＝0，所以是中子(n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，也是中子(n)；对D，未知粒子的质量数为：235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，也是中子(n)，故方程中X为中子的核反应为B、C、D、A、B为原子核的人工转变、二、核能的计算方法1、根据质量亏损计算核能(1)用ΔE＝Δmc2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，当原子核及核子的质量用“kg”作单位时，用该式计算核能较为方便、(2)用1 u的质量相当于931、5 MeV的能量来计算核能、2、根据结合能计算核能利用结合能计算核能时要采用“先拆散，再结合”的方法、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同位素和中子，已知氘核的质量是2、0136 u，中子的质量是1、0087 u，氦核同位素的质量是3、015 0 u，则聚变的核反应方程是____________，在聚变反应中释放出的能量为______MeV(保留两位有效数字)、解析根据题中条件，可知核反应方程为H＋H→He＋n、核反应过程中的质量亏损Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝22、0136 u－(3、015 0＋1、0087)u＝3、510－3u由于1 u的质量与931、5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变反应时放出的能量为ΔE＝3、510－3931、5 MeV≈3、3 MeV、答案H＋H→He＋n3、3针对训练2 为验证爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1＝0、6 MeV的质子轰击静止的锂核Li，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2＝18、1 MeV、(1)写出该核反应方程；(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确、(已知质子、α粒子、锂核的质量分别为mp＝1、0078 u，mα＝4、0026 u，mLi＝7、016 0 u)答案见解析解析(1)核反应方程为：Li＋H→He＋He、(2)核反应过程中的质量亏损：Δm＝mLi＋mp－2mα＝7、016 0 u＋1、0078 u－24、0026 u＝0、0186 u、由质能方程可得质量亏损释放的能量：ΔE′＝Δmc2＝0、0186931、5 MeV≈17、3 MeV、而系统增加的动能：ΔE＝E2－E1＝(18、1－0、6)MeV＝17、5 MeV、这些能量正是来自核反应中的质量亏损，在误差允许范围内可视为相等，所以ΔE＝Δmc2正确、三、核反应与能量的综合例3 用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和α粒子，并放出4、8 MeV的能量、(1)写出核反应方程、(2)求出质量亏损、(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和α粒子的动能比是多少？(4)α粒子的动能是多大？解析(1)核反应方程为Li＋n→H＋He＋4、8 MeV(2)依据ΔE＝Δmc2得Δm＝ u＝0、0052 u(3)根据题意有0＝m1v1＋m2v2式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能Ek ＝，可得它们的动能之比为Ek1∶Ek2＝∶＝∶＝m2∶m1＝4∶3、(4)α粒子的动能Ek2＝(Ek1＋Ek2)＝4、8 MeV＝2、06 MeV答案(1)Li＋n→H＋He＋4、8 MeV(2)0、0052 u (3)4∶3(4)2、06 MeV1、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(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试、下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A、“人造太阳”的核反应方程是H＋H→He＋nB、“人造太阳”的核反应方程是U＋n→Ba＋Kr＋3nC、“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D、“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc2答案AC解析A是核聚变反应，B是核裂变反应，故A正确，B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C正确，D 错误、2、一个U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U＋n→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是( )A、X原子核中含有86个中子B、X原子核中含有141个核子C、因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加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数减少答案A解析由质量数守恒和电荷数守恒知235＋1＝a ＋94＋21,92＝b＋38，解得a＝140，b＝54，其中a为X的质量数，b为X的核电荷数，X核中的中子数为a－b＝140－54＝86，由此可知A正确，B错误；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故C、D均错误、3、两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：H＋H→H＋H、(1)此核反应中放出的能量ΔE为______________、(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动能是__________、(已知mH＝2、0136 u，mH＝3、0156 u，mH＝1、0073 u)答案(1)4、005 MeV (2)1、5 MeV解析(1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：Δm＝(22、0136－3、0156－1、0073)u＝0、0043 u，ΔE＝Δmc2＝0、0043931、5 MeV＝4、005 MeV、(2)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、设其动量分别为p1，p2，必有p1＝－p2、设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2、则＝＝＝＝＝，故新生的氚核具有的动能为Ek2＝(ΔE＋Ek0)＝(4、005＋2)MeV＝1、5 MeV、4、在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的优势、在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能、核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能、(1)核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种粒子？(2)上述反应中，分别用mU、mB、mK表示U、Ba、Kr的质量，用mn和mp表示中子和质子的质量，则该反应过程中释放的核能为多少？答案(1)a＝3；X表示中子(2)(mU－mB－mK－2mn)c2解析(1)a＝3；X表示中子、(2)质量亏损Δm＝mU－mB－mK－2mn，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(mU－mB－mK－2mn)c2、。

2018_2019版高中物理第5章核能与社会5.3聚变与受控热核反应5.4核能利用与社会发展课件沪科版选修3_5ppt版本

分别为2.014
1
u、3.016
1
u、4.002
6
u和1.008
7
u；1
u＝
931.5 MeV c2
，c是
真空中的光速.由上述反应方程和数据可知，粒子X是_10n_(_或__中__子__)，该反应
释放出的能量为_1_7_.6_ MeV(结果保留3位有效数字).
解析根据质量数和电荷数守恒可得 X 是10n(中子). 核反应中的质量亏损为Δm＝2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u＝0.018 9 u 所以该反应释放出的能量为ΔE＝Δm·c2≈17.6 MeV.
答案
2.(1)目前人们能实现的核聚变是什么？答案目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸，是由普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反应，但这是不可控制的. (2)实现热核反应存在的困难是什么？答案实现热核反应存在的困难是：地球上没有任何容器能够经受住热核反应所需要的高温.
放能多少聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3～4倍
核废料处理难度
聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多
核裂变燃料铀在地球上储主要原料是氘，氘在地球上的储量非
原料的量有限，尤其用于核裂变常丰富.1 L水中大约有0.03 g氘，如果
蕴藏量的铀235在铀矿石中只占用来进行热核反应，放出的能量约与
D.23952U＋10n―→14504Xe＋9348Sr＋210n 是 α 衰变
12
解析答案
2.(核聚变释放核能的计算)太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.(已知质子质量为mH＝1.007 3 u，氦核质量为mHe＝ 4.001 5 u，正电子质量为me＝0.000 55 u，结果保留两位小数，1 u相当于 931.5 MeV的能量) (1)写出这个核反应方程；答案 411H→42He＋201e 解析由题意可得核反应方程为 411H→42He＋201e.

高中物理第5章核能与社会 1 核能来自何方精练沪教沪教高二物理试题

点囤市安抚阳光实验学校5．1 核能来自何方1.知道核力的概念及特点．2.理解原子核的结合能、平均结合能及质量亏损．3．知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系．(＋难点) 4.理解原子质量单位．[学生用书P66]一、强大的核力1．义：组成原子核的核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫做核力．2．核力是短程力：核力是一种强相互作用力，在它的作用范围内比库仑力大的多；核力是一种短程力，作用范围仅局限于1.5×10－15m，在大于0.8×10－15 m时表现为引力，超过1.5×10－15 m时，核力急剧下降为零；而距离小于0.8×10－15 m时，核力为斥力．3．核力的饱和性：每个核子只跟邻近的核子发生核力的作用．1．(1)核力是强相互作用，在任何情况下都比库仑力大．( )(2)原子核内的质子是靠万有引力来抗衡库仑斥力的．( )(3)弱相互作用是引起β衰变的原因．( )提示：(1)×(2)×(3)√二、什么叫结合能1．结合能：核子结合成原子核时放出的能量或原子核分解成核子时吸收的能量称为原子核的结合能．2．平均结合能：核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量叫做平均结合能．平均结合能越大的原子核越稳．2．(1)组成原子核的核子越多，它的结合能就越大．( )(2)结合能越大，核子结合得越牢固，原子越稳．( )提示：(1)√(2)×三、如何计算结合能1．质量亏损：组成原子核的核子的总质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损．2．结合能的计算ΔE＝Δmc2如果核反后质量增加Δm，就意味着吸收ΔE的能量，如果反后质量减少Δm，就意味着放出ΔE的能量．有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？提示：不对．在核反中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．核力与四种基本相互作用[学生用书P67]1. 核力：组成原子核的相邻核子之间存在着一种特殊的力，这种力叫核力．2．核力的特点(1)核力是强相互作用(强力)的一种表现．在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内．核力在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10－15m，核力急剧下降几乎消失；而在距离小于0.8×10－15 m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起．(3)每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．3．四种基本相互作用：自然界中最基本的四种相互作用是：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用．其中，引力相互作用和电磁相互作用是长程力，强相互作用和弱相互作用是短程力．弱相互作用，作用范围在10－18m以内，作用强度比电磁力小，是引起原子核β衰变的原因，即引起中子—质子转变的原因．关于核力的说法正确的是( )A．核力同万有引力没有区别，都是物体间的作用B．核力就是电磁力C．核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内D．核力与电荷有关[思路] 理解核力的特点是解题的关键．[解析] 核力是短程力，超过1.5×10－15 m，核力急剧下降，几乎消失，故C对；核力与万有引力、电磁力不同，故A、B错；核力与电荷无关，故D 错．[答案] C(多选)关于核力，下列说法中正确的是( )A．原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用B．核力既可能是引力，又可能是斥力C．核力对核子做正功，原子核要释放核能D．原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用解析：选ABC.核力表现为引力时随距离增大而减小，表现为斥力时使核子不会融合在一起，故B正确．核力只在1.5×10－15 m短距离内起作用，所以A 正确、D错误．核子结合成原子核时，核力对核子做正功，放出一的能量，C 正确.质量亏损与核能的计算[学生用书P67]1．结合能：原子核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，就得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．结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能量，而是为把核子分开而需要的能量．结合能越大，把核子分开而需要的能量就越多，原子核越稳．2．质量亏损(1)家研究证明在核反子核的总质量并不相，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反中才能明显地表现出来．(2)Δm是核反前与核反后的质量之差．质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给．总之，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们之间的关系就是E＝mc2.3．核能的计算(1)根据爱因斯坦的质能方程，核反中释放的核能的计算式为ΔE＝Δmc2，其中Δm为质量亏损，c为光速，ΔE是与亏损质量相对的能量．核能计算有两种方法：①用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用ΔE＝Δm×931.5 MeV计算，因1 u相当于931.5 MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(2)利用原子质量单位u和电子伏特间的关系计算①明确原子质量单位u和电子伏特间的关系：因为1 u＝1.660 6×10－27 kg则E＝mc2＝1.660 6×10－27×(2.997 9×108)2 J≈1.492 4×10－10 J.又1 eV＝1.602 2×10－19 J则E＝1.492 4×10－10 J＝931.5 MeV.②根据(1)原子质量单位(u)相当于931.5 MeV能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.4．利用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．核反中反前系统内所有原子核的总结合能与反后生成的所有核的总结合能之差，就是该次核反所释放(或吸收)的核能．反前各核总质量之和若大于反后各核总质量之和，则为释放能量，反之，为吸收能量．下列说法中，正确的是( )A．爱因斯坦质能方程反映了物体质量就是能量，它们之间可以互相转化B．由E＝mc2可知，能量与质量之间存在着正比关系，可以用物体的质量作为它所蕴含能量的量度C．核反中出现的“质量亏损”是消失的质量转化为能量D．因在核反中产生能量，有质量的转化，所以系统只有质量数守恒，系统的总能量和总质量并不守恒[思路] 爱因斯坦质能方程是质能相当关系，不是质量与能量的转化关系．[解析] E＝mc2说明能量与质量之间存在着联系，即能量与质量之间存在着正比关系，并不是说明了能量与质量之间存在相互转化的关系，故A项错误，而B项正确．核反中的“质量亏损”并不是质量消失，实际上是从静止的质量变成运动的质量，并不是质量转变为能量，故C项错误．在核反中，质量守恒，能量也守恒，在核反前后只是能量的存在方式不同，总能量不变，在核反前后只是物质由静质量变为动质量，故D错误．[答案] B错误!(1)不能从质能方程E＝mc2认为物体的质量就是能量，它们之间可以相互转化．(2)不能认为核反中质量的亏损就是质量的转化，认为反前后总能量不守恒总质量也不守恒，这都是错误的．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一的核能，若已知中子质量为1.008 7 u，质子质量为1.007 3 u，氦核质量为4.002 6 u．试计算用中子和质子生成1 kg氦时，要释放的核能．[思路] 先由质量数、核电荷数守恒写出核反方程，计算质量亏损，然后用ΔE＝Δmc2计算每个反中释放的核能，最后结合阿伏伽德罗常数计算出总共释放的核能．[解析] 两个质子和两个中子结合成氦核的反为：210n＋211H→42He质量亏损Δm＝2×1.008 7 u＋2×1.007 3 u－4.002 6 u＝0.029 4 u放出的核能ΔE＝0.029 4×931.5 MeV＝27.386 MeV生成1 kg氦释放的总核能E＝1 0004×6.02×1023×27.368×106×1.6×10－19 J＝6.59×1014 J.[答案] 6.59×1014 J错误!ΔE＝Δmc2是解决这类问题的主要依据，有时要与动量守恒律、磁场中的圆周运动相关知识结合起来综合用，处理这类问题时，准确计算出反前后的质量差Δm，并选取适当的单位是顺利求解问题的关键．【通关练习】1．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反中释放的核能解析：选D.E＝mc2中的E表示物体具有的总能量，m表示物体的质量，故A说法正确；ΔE＝Δmc2表示的意义是当物体的能量增加或减少ΔE时，它的质量也会相地增加或减少Δm，故B说法正确；只有在出现质量亏损时，才能释放核能，故C说法正确，所以选D.2.31H的质量是3.016 050 u，质子的质量是1.007 277 u，中子的质量是1.008 665 u．求：(质量亏损1 u相当于释放931.5 MeV的能量)(1)一个质子和两个中子结合为氚核时，是吸收还是放出能量？该能量为多少？(2)氚核的结合能和比结合能各是多少？解析：(1)一个质子和两个中子结合成氚核的反方程式是11H＋210n→31H，反前各核子总质量为m p＋2m n＝(1.007 277＋2×1.008 665)u＝3.024 607 u，反后核的质量为m H＝3.016 050 u，质量亏损为Δm＝(3.016 050－3.024 607)u＝－0.008 557 u.因反前的总质量大于反后的总质量，故此核反放出能量．释放的核能为ΔE＝0.008 557×931.5 MeV＝7.97 MeV.(2)氚核的结合能即为ΔE＝7.97 MeV，它的比结合能为ΔE3＝2.66 MeV.答案：(1)放出能量，能量为7.97 MeV(2)7.97 MeV 2.66 MeV[随堂检测][学生用书P68]1．关于核力，下列说法正确的是( )A．核力是一种特殊的万有引力B．原子核中任意两个核子之间都有核力作用C．核力是原子核稳存在的原因D．核力是引力和斥力同时存在的力解析：选C.核力不是万有引力，核力究竟是怎样产生的，还不清楚，但我们区别于万有引力、重力、分子力来认识它，它是一种的性质力；它是一种短程力，只有相邻的核子之间才有核力，则A、B错；在0.8～1.5 fm(1 fm＝10－15 m)范围内核力表现为引力，距离小于0.8 fm时核力又表现为斥力，所以D错．2．对原子核的组成，下列说法正确的是( ) A ．核力可使一些中子组成原子核 B ．核力可使非常多的质子组成原子核 C ．不存在只有质子的原子核 D ．质量较大的原子核内一有中子解析：选D.由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把非常多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”——库仑力，A 、B 错误；自然界中存在只有一个质子的原子核，如11H ，C 错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳，故D 正确．3．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 ．1036kg B ．1018kg C ．1013 kgD ．109kg解析：选D.根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，得Δm ＝ΔE c 2＝4×1026（3×108）2kg ≈109kg.4.如图所示是原子核的平均核子质量A 与原子充数Z 的关系图像，下列说法正确的是( )A ．若D 、E 能结合成F ，结合过程一要释放能量B ．若D 、E 能结合成F ，结合过程一要吸收能量C ．若C 、B 能结合成A ，结合过程一要释放能量D ．若F 、C 能结合成B ，结合过程一要释放能量解析：选A.D 、E 平均核子质量大于F 平均核子质量，D 、E 结合成F ，出现质量亏损，要释放能量，A 对、B 错；C 、B 结合成A ，F 、C 结合成B 都是质量增加，结合过程要吸收能量，C 、D 错．5．已知氮核质量m N ＝14.007 35 u ，氧核质量m O ＝17.004 54 u ，氦核质量m He ＝4.003 87 u ，质子质量m H ＝1.008 15 u ，试判断核反：14 7N ＋42He →17 8O ＋11H是吸能反还是放能反，能量变化多少？解析：反前总质量m N ＋m He ＝18.011 22 u 反后总质量m O ＋m H ＝18.012 69 u因为反中质量增加，所以此反是吸能反，所吸能量为ΔE ＝Δmc 2＝[(m O ＋m H )－(m N ＋m He )]c 2＝(18.012 69－18.011 22)×931.5 MeV ＝1.37 MeV.答案：吸能反 1.37 MeV[课时作业][学生用书P117(单独成册)]一、单项选择题1．氮原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是( )A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力解析：选D.核力是强力，它能将核子束缚在原子核内．万有引力最弱，研究核子间相互作用时万有引力可以忽略．2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )A．原子核中质子数和中子数一相B．稳的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳的D．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，不可能无节制的增大原子核而仍稳存在解析：选D.由稳核的质子数与中子数的关系可知，质量越大的原子核内中子数越多于质子数．A、B错误；放射现象说明原子核也会发生变化，C错误；由核力作用特点可知，核子数越多的原子核越不稳，D正确．3．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为( )A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力C．核子间存在着强大的核力D．核子间存在着复杂的磁力解析：选C.只有核子间存在着强大的核力，才伴随着巨大的能量变化，因为功是能量转化的量度，有巨大的能量变化，就得做功多，而在位移极小的情况下，就要有强大的力，所以选C.4．某核反方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u，则下列说法中正确的是( )A．X是质子，该反释放能量B．X是中子，该反释放能量C．X是质子，该反吸收能量D．X是中子，该反吸收能量解析：选B.由题目所给核反方程式，根据核反过程质量数、电荷数守恒规律，可得21H＋31H→42He＋10X，X为中子，在该反发生前反物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反释放能量，故B正确．5．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量为( )A．21.04 MeV B．35.56 MeVC．77.64 MeV D．92.16 MeV解析：选D.6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.9 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.9 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.6．一个质子和一个中子发生核反结合成一个氘核，同时辐个γ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．核反方程是11H＋10n→31H＋γB．该反中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝h（m1＋m2－m3）c2解析：选B.此核反的核反方程为11H＋10n→21H＋γ，A错；由质能方程，γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，C错；由E＝hcλ知，波长λ＝h（m1＋m2－m3）c，D错．故B对．二、多项选择题7．一个质子和一个中子结合成氘核时，产生γ光子，由此可见( )A．氘核的质量于质子和中子的质量之和B．氘核的质量小于质子和中子的质量之和C．核子结合成原子核时会释放核能D．原子核分解成核子时会释放核能解析：选BC.由于结合时产生γ光子，即产生能量，故反中有质量亏损，B对，A错；质子和中子统称核子，该反为核子结合成原子核的反，故C对，D 错．8．关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是( )A．原子核的结合能于核子与核子之间结合成原子核时，核力做的功B．原子核的结合能于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大解析：选ABC.原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量．对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能．不同原子核的平均结合能不同．重核的平均结合能比中质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小．综上所述，正确选项为A、B、C.9．对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )A．原子核内的核子间均存在核力B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力C．当n个核子靠近到核力的作用范围而结合成为原子核时，其间“势能”一减小D．对质子数较多的原子核，其中的中子起到增加核力、维系原子核稳的作用解析：选CD.由于核力为短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B 错误；当n个核子靠近到核力作用范围内，而距离大于0.8×10－15 m核力表现为引力，在此过程核力必做正功，其间势能必减小，形成原子核后距离一般不小于0.8×10－15 m，故C正确；对质子数较多的原子核由于只有相邻的质子间才有核力，但各个质子间均有很强的库仑斥力，随着质子数的增加其库仑力增加，对于稳的原子核，必须存在较多的中子才能维系二者的平衡，故D正确．10．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm，相的能量ΔE＝Δmc2＝2.2 MeV是氘核的结合能．下列说法正确的是( )A．用能量小于2.2 MeV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．用能量于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零C．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D．用能量大于2.2 MeV的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零解析：选AD.氘核分解为一个质子和一个中子时，所需吸收的能量不能小于其结合能2.2 MeV，故A对；光子照射氘核时，光子和氘核组成的系统总动量不为零，由动量守恒律得，光子被氘核吸收后，分解成的质子和中子的总动量不为零，故总动能也不为零，所以把氘核分解为质子和中子所需的能量大于2.2 MeV，故D对，B、C错．三、非选择题11．氘核和氚核聚变时的核反方程为21H＋31H→42He＋10n.已知31H的平均结合能是2.78 MeV，21H的平均结合能是1.09 MeV，42He的平均结合能是7.03 MeV，试计算核反时释放的能量．解析：聚变反前氘核和氚核的总结合能E1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV，反后生成的氦核的结合能E2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以聚变过程释放出的能量，ΔE＝E2－E1＝(28.12－10.52) MeV＝17.6 MeV.答案：17.6 MeV12．一个静止的铀核232 92U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核228 90Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u＝1.67×10－27 kg，1 u相当于931.5 MeV的能量)(1)写出铀核的衰变反方程；(2)算出该衰变反中释放出的核能；(3)若释放的核能转化为核的动能，则α粒子的动能为多少？解析：(1)232 92U→228 90Th＋42He.(2)质量亏损Δm＝m U－mα－m Th＝0.005 9 uΔE＝Δmc2＝0.005 9×931.5 MeV＝5.50 MeV.(3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相，即p Th＋(－pα)＝0p Th＝pαE kTh＝p2Th2m ThE kα＝p2α2mαE kTh＋E kα＝ΔE所以钍核获得的动能E kTh＝mαmα＋m Th·ΔE＝44＋228×5.50 MeV＝0.09 MeV 解得：E kα＝5.50 MeV－0.09 MeV＝5.41 MeV.答案：(1)232 92U→228 90Th＋42He (2)5.50 MeV(3)5.41 MeV。

高中物理第5章核能与社会章末总结学案沪科版选修35

第5章核能与社会章末总结一、对核反应方程及类型的理解1．四类核反应方程的比较2.解题时注意事项(1)熟记一些粒子的符号α粒子(42He)、质子(11H)、中子(10n)、电子(0－1e)、氘核(21H)、氚核(31H)(2)注意在核反应方程中，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．例1(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程中，表述正确的是( )A.42He＋2713Al―→3015P＋10n是原子核的人工转变B.31H＋11H―→42He＋γ是核聚变反应C.199F＋11H―→168O＋42He是α衰变D.23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010n是裂变反应答案ABD解析我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：A是原子核的人工转变的反应方程式；B是聚变的核反应方程式；C并不是α衰变，而是人工转变，衰变是自发进行的，不受外界因素的影响；D是裂变的核反应方程式．故A、B、D正确．针对训练在下列四个核反应方程式中，X表示中子的是______，属于原子核的人工转变的是________．A.14 7N＋42He―→17 8O＋XB.2713Al＋42He―→3015P＋XC.21H＋31H―→42He＋XD.235 92U＋X―→9038Sr＋136 54Xe＋10X答案BCD AB解析在核反应中，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子，对A，未知粒子的质量数：14＋4＝17＋x，x＝1，其电荷数：7＋2＝8＋y，y＝1，即未知粒子是质子(11H)；对B，未知粒子的质量数：27＋4＝30＋x，x＝1，其电荷数：13＋2＝15＋y，y＝0，所以X是中子(10n)；对C，未知粒子的质量数为：2＋3＝4＋x，x＝1，电荷数为：1＋1＝2＋y，y＝0，X也是中子(10n)；对D，未知粒子质量数为235＋x＝90＋136＋10x，x＝1，电荷数为：92＋y＝38＋54＋10y，y＝0，X也是中子(10n)，故方程中X是中子的核反应为B、C、D，其中A、B为原子核的人工转变．二、核能的计算1．利用质能方程来计算核能(1)根据核反应方程，计算核反应前与核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．方程ΔE＝Δmc2中若Δm的单位用“kg”，c的单位用“m/s”，则ΔE的单位为“J”；若Δm的单位用“u”，可直接用质量与能量的关系式推算ΔE，此时ΔE的单位为“兆电子伏(MeV)”，即1 u＝1.66×10－27kg，相当于931.5 MeV，即原子质量单位1 u对应的能量为931.5 MeV，这个结论可在计算中直接应用．2．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．例2已知氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，则两个氘核结合成一个氦核时( )A．释放出4.9 MeV的能量B．释放出6.0 MeV的能量C．释放出24.0 MeV的能量D．吸收4.9 MeV的能量答案 C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21H＋21H→42He，因氘核的平均结合能为1.1 MeV，氦核的平均结合能为7.1 MeV，故结合前氘核的能量为E1＝2×1.1 MeV，结合后氦核的能量E2＝4×7.1 MeV，可知吸收的能量为ΔE＝2E1－E2＝－24.0 MeV，式中负号表示释放核能，故选C.例3用中子轰击锂核(63Li)发生核反应，生成氚核(31H)和α粒子，并放出4.8 MeV的能量．已知1 u相当于931.5 MeV的能量．(1)写出核反应方程；(2)求出质量亏损；(3)若中子和锂核是以等大反向的动量相碰，且核反应释放的能量全部转化为新生核的动能，则氚核和α粒子的动能比是多少？(4)在问题(3)的条件下，α粒子的动能是多大？答案(1)63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV(2)0.005 2 u (3)4∶3(4)2.06 MeV解析(1)核反应方程为63Li＋10n→31H＋42He＋4.8 MeV.(2)依据ΔE＝Δmc2得，Δm＝4.8931.5u≈0.005 2 u.(3)根据题意有m1v1＝m2v2式中m1、v1、m2、v2分别为氚核和α粒子的质量和速度，由上式及动能E k＝p22m，可得它们的动能之比为E k1∶E k2＝p 22m 1∶p 22m 2＝12m 1∶12m 2＝m 2∶m 1＝4∶3.(4)α粒子的动能E k2＝37(E k1＋E k2)＝37×4.8 MeV≈2.06 MeV.1．在下列描述核反应过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号) A.146C→147N ＋ 0－1e B.3215P→3216S ＋ 0－1e C.23892U→23490Th ＋42He D.147N ＋42He→178O ＋11H E.23592U ＋10n→14054Xe ＋9438Sr ＋210n F.31H ＋21H→42He ＋10n 答案 C AB E F2．两个动能均为1 MeV 的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：21H ＋21H→31H ＋11H.(已知21H 的质量m 0＝2.013 6 u ，31H 的质量m 1＝3.015 6 u ，11H 的质量m 2＝1.007 3 u,1 u 相当于931.5 MeV 的能量)(1)此核反应中放出的能量ΔE 为______________．(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动能是______．答案 (1)4.005 MeV (2)1.001 MeV解析 (1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为： Δm ＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u ＝0.004 3 u ， ΔE ＝Δmc 2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 MeV.(2)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，故碰后氚核和质子的总动量也为零．设其动量分别为p 1、p 2，必有p 1＝－p 2. 设碰后氚核和质子的动能分别为E k1和E k2，则E k1E k2＝12m 1v 2112m 2v 22＝m 1v21m 2v 22＝p 21m 1p 22m 2＝m 2m 1＝13，故新生的氚核具有的动能为E k1＝14ΔE ＝14×4.005 MeV≈1.001 MeV.。

2018_19版高中物理第5章核能与社会5.2裂变及其应用学案沪科版

5.2 裂变及其应用[学习目标]1.知道重核的裂变反应和链式反应发生的条件.2.会判断和书写核裂变方程，能计算核反应释放的能量.3.了解核电站的安全性能及核废料的处理．一、核裂变和链式反应[导学探究] 如图1为铀核裂变示意图．图11．铀核裂变是如何发生的？答案 (1)核子受激发：当中子进入铀235后，便形成了处于激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使核变成不规则的形状．(2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变反应一代接一代继续下去，形成链式反应．2．铀核裂变在自然界中能自发进行吗？答案重核的裂变只能发生在人为控制的核反应中，在自然界中不会自发地发生，故铀核裂变不会自发地进行．要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使铀核分裂，分裂产生更多的中子，这些中子继续与其他铀核发生反应，再引起新的裂变，这样就形成了链式反应． [知识梳理] 对核裂变和链式反应的理解 1．核裂变重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原子核，并放出核能的过程． 2．铀核裂变用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种典型的反应是23592U ＋10n →14456Ba ＋8936Kr ＋310n.3．链式反应：铀核裂变时，通常会放出2到3个中子，这些中子可以作为新的“炮弹”轰击其他的铀核，使裂变反应不断地进行下去，这种反应叫做链式反应．4．发生链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于等于临界体积或发生裂变物质的质量大于等于临界质量．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．( ×)(2)铀块的质量大于或等于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．( √)(3)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．( ×)(4)铀核裂变的产物是钡和氪，且固定不变，同时放出三个中子．( ×)二、核电站[知识梳理] 核反应堆的结构及核电站的认识1．核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，主要由以下几部分组成：(1)裂变材料：铀棒；(2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子而发生反应，通常用石墨、重水或普通水(也叫轻水)作慢化剂；(3)控制棒：用镉或硼钢制成，用来吸收减速后的中子，控制反应强度；(4)反射层：一般用石墨做材料，阻止中子逃逸；(5)热交换器：利用水循环，把反应堆中的热量传输出去；(6)防护层：由金属套、防止中子外逸的水层以及1～2m厚的钢筋混凝土构成．2．裂变反应堆的常见类型(1)重水堆：采用重水做慢化剂的反应堆．(2)高温气冷堆：采用石墨为慢化剂、氦为冷却剂的反应堆．(3)快中子增殖反应堆：以铀－235作为主要裂变材料的反应堆．其最大特点是可以合理利用有限的铀资源，使核燃料增殖．3．核电站的工作模式以核反应堆为能源，用它产生高压蒸汽，取代发电厂的锅炉，从而进行发电．4．核安全性与核废料处理(1)核电站的安全性能：为了防止放射性物质的泄漏，核电站设置了4道安全屏障．①第一道屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块．②第二道屏障：锆合金包壳．③第三道屏障：由反应堆压力容器和冷却回路构成的压力边界．④第四道屏障：安全壳．(2)核废料的处理：我国对核废料采用后处理技术，即先回收铀、钚等，然后处理剩下的放射性废料和其他途径产生的核废料．[即学即用] 判断下列说法的正误．(1)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( √)(2)核反应堆用过的核废料无毒无害．( ×)一、重核裂变与其释放核能的计算1．常见的裂变方程(1)23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n(2)23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于或等于临界体积．体积超过临界体积时，保证中子能够碰到铀核．(2)有足够浓度的铀235.(3)有足够数量的慢中子．3．裂变反应的能量铀核裂变为中等质量的原子核，发生质量亏损，所以放出能量．一个铀235核裂变时释放的能量如果按200MeV估算，1kg铀235全部裂变放出的能量相当于2800t标准煤完全燃烧释放的化学能，裂变时能产生几百万度的高温．4．铀的同位素中铀235比铀238更容易发生链式反应．例1关于重核的裂变，下列说法正确的是( )A．核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．中子从铀块中通过时，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能答案 D解析核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确；发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于或等于临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到原子核，则不会发生链式反应，B错误；重核裂变时，核子数守恒，C错误．重核裂变的实质：(1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多中子的过程．(2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质量有亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能要小．所以在重核分解为两个中等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量．例2 用中子轰击铀核(23592U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(14156Ba)和氪(9236Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：m U ＝390.3139×10－27kg ，m n ＝1.6749×10－27kg ； m Ba ＝234.0016×10－27kg ，m Kr ＝152.6047×10－27kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案 10n ＋23592U ―→14156Ba ＋9236Kr ＋310n 3.2202×10－11J解析铀核裂变方程为10n ＋23592U ―→14156Ba ＋9236Kr ＋310n ，则核反应前后的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Ba －m Kr －3m n ＝3.578×10－28kg ，由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝3.578×10－28×(3×108)2J ＝3.220 2×10－11J.二、核电站1．核电站的主要部件及作用如下表：2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少．(2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大，所能提供的能量大． (3)对环境的污染要比火力发电小．例3 (多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应是23592U ＋10n ―→14456Ba ＋8936Kr ＋310n ，下列说法正确的有( )A ．上述裂变反应中伴随着中子放出B ．铀块体积对链式反应的发生无影响C ．铀核的链式反应可人工控制D ．铀核的半衰期会受到环境温度的影响答案 AC解析从裂变反应方程式可以看出裂变反应中伴随着中子放出，A 对；铀块体积对链式反应的发生有影响，B 错；铀核的链式反应可人工控制，C 对；铀核的半衰期不会受到环境温度的影响，D 错．1．(对核裂变的理解)一个23592U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应的裂变方程为23592U ＋10n→X＋9438Sr ＋210n ，则下列叙述正确的是( )A ．X 原子核中含有86个中子B ．X 原子核中含有141个核子C ．因为裂变时释放能量，根据E ＝mc 2，所以裂变后的总质量数增加 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数减少答案 A解析 X 原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B 错误；中子数为140－(92－38)＝86个，A 正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，但是其总质量数是不变的，C 、D 错误． 2．(对核反应堆的理解)(多选)关于核反应堆，下列说法正确的是( ) A ．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B ．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C ．石墨的作用是吸收中子D ．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能答案 ABD解析铀棒是核燃料，裂变时可放出能量，故A 正确；镉棒吸收中子的能力很强，作用是调节中子数目以控制反应速度，即控制反应堆功率，故B 正确；慢中子最容易引发核裂变，所以在快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使中子减速，故C 错误；水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故D 正确．3．(质量亏损和核能的计算)一个铀235吸收一个中子后发生的一种核反应方程是23592U ＋10n→13654Xe ＋9038Sr ＋1010n ，放出的能量为E ，铀235核的质量为M ，中子的质量为m ，氙136核的质量为m 1，锶90核的质量为m 2，真空中光速为c ，则释放的能量E 等于( ) A ．(M －m 1－m 2)c 2B ．(M ＋m －m 1－m 2)c 2C ．(M －m 1－m 2－9m )c 2D ．(m 1＋m 2＋9m －M )c 2 答案 C解析铀235裂变时的质量亏损Δm ＝M ＋m －m 1－m 2－10m ＝M －m 1－m 2－9m ，由质能方程可得E ＝Δmc 2＝(M －9m －m 1－m 2)c 2.一、选择题考点一重核的裂变及裂变过程1．当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )A．含有的总质子数比裂变前重核的质子数少B．含有的总中子数比裂变前重核的中子数多C．裂变时释放的能量等于俘获中子时得到的能量D．可能是多种形式的两个核的组合答案 D2．1938年哈恩用中子轰击铀核，发现产物中有原子核钡(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射线．下列关于这个实验的说法中正确的是( )A．这个实验的核反应方程是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋10nB．这是一个核裂变过程，反应后粒子质量之和大于反应前粒子质量之和C．这个反应中释放出的能量不可以用爱因斯坦的质能方程来计算D实验中产生的γ射线穿透能力极强答案 D解析根据质量数守恒、电荷数守恒，铀核裂变的核反应方程应为：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310 n，选项A错误；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量可根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B、C错误；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，选项D正确．3．原子核反应有广泛的应用，如用于核电站等，在下列核反应中，属于核裂变反应的是( )A.105B＋10n→73Li＋42HeB.23892U→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n答案 D4．在核反应式23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k X中( )A．X是中子，k＝9 B．X是中子，k＝10C．X是质子，k＝9 D．X是质子，k＝10答案 B解析核反应方程应遵循电荷数守恒和质量数守恒，在题目所给核反应式中，设X的质子数为x，则核反应方程的左边总质子数为92＋0＝92，右边总质子数为38＋54＋x＝92，x＝0，X的质子数为0，所以X为中子，左边总质量数为235＋1＝236，右边总质量数为90＋136＋k×1＝236，k＝10.考点二核电站5．原子反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的主要组成部分是( ) A．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统B．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统C．原子燃料、调速剂、碰撞系统和热系统D．原子燃料、中子源、原子能聚存和输送系统答案 A解析核反应堆的主要部分包括①燃料，即浓缩铀235；②减速剂，采用石墨、重水或普通水；③控制调节系统，用控制棒控制链式反应的速度；④冷却系统，水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆的热量传输出去，用于发电，同时也使反应堆冷却，控制温度，故A正确，B、C、D错误．6．(多选)为使链式反应平稳进行，可采用下列办法中的( )A．铀块可制成任何体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过慢化剂使产生的中子减速D．用镉棒作为控制棒，控制反应的剧烈程度，使反应平稳进行答案CD解析铀块小于临界体积将不会发生裂变反应，A错；中子的速度不能太快，否则会与铀核“擦肩而过”，铀核不能“捉”住它，不能发生核裂变，B错；镉棒吸收中子，控制反应剧烈程度，使反应平稳进行，D对；通过慢化剂使中子减速，目的是使中子更容易被铀核俘获，发生链式反应，C对．考点三核裂变释放核能的计算7．(多选)铀核裂变反应中的一个核反应方程为：23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知23592U的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.9072u，则此核反应中( )A．质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072)uB．质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)uC．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 JD．释放的总能量为ΔE＝(235.0439＋ 1.0087－89.9077－135.9072－10×1.0087)×931.5MeV答案BD解析计算亏损质量时要用反应前的总质量减去反应后的总质量，二者之差可用u 或kg 作单位，故A 错，B 对；质量单位为u 时，可直接用“1 u 的亏损放出能量931.5 MeV”计算总能量，故D 对；当质量单位为kg 时，直接乘以(3×108)2，总能量单位才是J ，故C 错． 8．(多选)核电站的核能来源于23592U 核的裂变，下列说法中正确的是( ) A ．反应后的核废料已不具有放射性，不需要进一步处理B.23592U 的一种可能的裂变是变成两个中等质量的原子核，如13954Xe 和9538Sr ，反应方程式为23592U ＋10n→13954Xe ＋9538Sr ＋210nC.23592U 原子核中有92个质子、143个中子D ．一个23592U 核裂变的质量亏损为Δm ＝0.2155u ，则释放的核能约201MeV 答案 BCD解析反应后的核废料仍然具有放射性，需要进一步处理，故A 错误；发生核反应的过程满足电荷数和质量数守恒，可判断B 正确；92为U 元素的质子数，中子数为：235－92＝143，故C 正确；根据质能方程与质量亏损可知，裂变时释放的能量是ΔE ＝Δm ·c 2＝0.2155×931.5MeV≈201MeV，故D 正确．二、非选择题9．(裂变方程及裂变释放核能的计算)现有的核电站常用的核反应之一是：23592U ＋10n ―→14360Nd ＋Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν(1)核反应方程中的ν是反中微子，它不带电，质量数为零，试确定生成物锆(Zr)的电荷数与质量数；(2)已知铀核的质量为235.0439u ，中子的质量为1.0087u ，钕(Nd)核的质量为142.9098u ，锆核的质量为89.9047u ，1u ＝1.6606×10－27kg,1u 相当于931.5MeV 的能量．试计算1kg 铀235裂变释放的能量为多少？答案 (1)40 90 (2)8.1×1013J解析 (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝235＋1－143－3×1＝90. (2)1kg 铀235中铀核的个数为n ＝1235.0439×1.6606×10－27≈2.56×1024(个)．不考虑核反应中生成的电子质量，1个铀235核裂变产生的质量亏损为Δm ＝0.212u ，释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5MeV≈197.5MeV，则1kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5MeV≈8.1×1013J.。

高中物理第5章核能与社会1核能来自何方课件沪教选修35沪教高二选修35物理课件

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②用ΔE＝Δm×931.5 MeV 计算，因 1 u 相当于 931.5 MeV 的能量，所以计算时Δm 的单位是“u”，ΔE 的单位是“MeV”． (2)利用原子质量单位 u 和电子伏特间的关系计算 ①明确原子质量单位 u 和电子伏特间的关系：因为 1 u＝1.660 6×10－27 kg 则 E＝mc2＝1.660 6×10－27×(2.997 9×108)2 J ≈1.492 4×10－10 J. 又 1 eV＝1.602 2×10－19 J 则 E＝1.492 4×10－10 J＝931.5 MeV.
2．结合能的计算 ΔE＝______Δ_m_c_2___
如果核反应后质量增加Δm，就意味着吸收Δ E 的能量，如果反应后质量减少Δm，就意味着放出ΔE 的能量．
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有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？
提示：不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．
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2．质量亏损 (1)科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来． (2)Δm 是核反应前与核反应后的质量之差．
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ΔE＝Δmc2 是解决这类问题的主要依据，有时要与动量守恒定律、磁场中的圆周运动相关知识结合起来综合应用，处理这类问题时，准确计算出反应前后的质量差Δm，并选取适当的单位是顺利求解问题的关键．

高中物理第五章核能与社会5.1核能来自何方课后训练沪科版选修3_5

核能来自何方1．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是（）。

A ．核力、万有引力、库仑力B ．万有引力、库仑力、核力C ．库仑力、核力、万有引力D ．核力、库仑力、万有引力2．中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δm ，相应的能量ΔE ＝Δmc 2＝2.2 MeV 是氘核的结合能。

下列说法正确的是（）。

A ．用能量小于2.2 MeV 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2.2 MeV 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C ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零D ．用能量大于2.2 MeV 的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和不为零3．在下列四个核反应中，x 表示中子的是（）。

A ．14417728N+He O+x →B ．2743013215Al+He P+x →C ．234112H+H He+x →D ．23590136********U+x Sr+Xe+10n →4．关于原子和原子核，下列说法正确的是（）．A ．原子核能发生β衰变，说明原子核内部存在电子B ．使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小C ．若中子和质子结合成氘核质量亏损为Δm ，则放出的光子的能量为Δmc 2D ．按照玻尔理论，大量氢原子从n ＝6能级向低能级跃迁时发出的光中，最容易发生衍射的光是由n ＝6能级跃迁到n ＝5能级产生的5．对公式ΔE ＝Δmc 2，下列说法正确的是（）。

A ．能量可以转化为质量B ．质量可以转化为能量C ．能量的转化与质量的转化是成比例的D ．在核反应中，能量与质量都不守恒6．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”。

对于爱因斯坦提出的质能方程E ＝mc 2，下列说法中不正确的是（）。

高中物理第5章核能与社会 53 聚变与受控热核反应学案沪科版选修35.doc

重点难点1 . 知道核聚变的特点及条件。

知道可控热核反应及其研究和发重点：计算轻核聚变释放的核能° 难点：可控热核5.3聚变与受控热核反应课前•预习昱孝KEQIAN YUXIDA0X1 E学习目标3.会计算轻核聚变释放的核能。

反应的基本原理。

0 切导引：：：：：：：：：：：：：：：：：一、更大的能源宝库1 .平均结合能小的轻核察成一个较重的原子核，同时会释放核能C这种释放核能的反应叫核聚变。

2.核反应应用举例：徂+汨f；He+；n+17.6 MeV。

3.在消耗核燃料的量相同的情况下，聚变比裂变释放的核能多。

4.聚变的条件：由于这种核反应需要在几千万开以上的高温下进行,所以聚变又叫热核反应。

预习交流150多亿年来，太阳每秒辐射出的能量约为3. 8X1026 J,相当于一千亿吨煤燃烧所放出的能量。

太阳这么大的能量是怎么来的？答案：在太阳内部，不断地进行着轻核聚变反应，它的能量就是核聚变产生的。

核聚变反应在宇宙中很普遍。

二、受控热核反应1.托卡马克结构：利用强磁场约束等离子体的环流器。

2.“激光聚变”的构想：1964年我国科学家王澄昌与前苏联科学家各自独立地提出了激光聚变的构想，即用高功率的激光打在高、氤组成的靶丸上，产生高温使核燃料发生核聚预习交流2有人说，随着科技的发展，在不久的将来，汽车不再烧油，而是该烧“海水”。

你相信这能实现吗？答案：可以实现。

热核聚变的燃料之一，笊的含量丰富，每升海水中就含有0.03 gM 核，这些笊核完全聚变释放的能量约和燃烧300升汽油相当。

只要热核反应实现可控，就可利用热核聚变获得能源。

课堂.合作探究K E TANGHEZ UOTANJIU一、核聚变产生的条件热核反应为什么需要几千万度的高温？答案：只有几千万度的高温，才能使原子完全电离形成等离子体状态，原子核也才有足够大的动能，克服库仑力接近到核力起作用的10*111内，发生核聚变。

迁移蜀应用1关于聚变，以下说法正确的是（）。