2020学年高中物理 第4章 核能 第2节 核裂变教学案 鲁科版选修35
高中物理 第4章 核能 4.1 核力与核能教案 鲁科版选修35(1)
核力与核能★新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。
（二）过程与方法1．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；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。
（三）情感、态度与价值观1．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作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。
★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。
★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。
★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。
★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能(板书) 点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。
（二）进行新课1．核力与四种基本相互作用(板书)点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。
在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。
电磁力大约要比万有引力强1036倍。
高中物理 第4章 核能 第2节 核裂变教师用书 鲁科版选修35
第2节 核裂变重 核 的 裂 变[先填空]1．重核的裂变(1)核裂变：用中子轰击铀核，铀核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量的核反应过程叫做核裂变．(2)裂变能：核裂变释放出的能量称为裂变能，也称核能或原子能．核裂变是释放核能的方法之一．(3)铀核裂变的产物多种多样，其中有代表性的有：1n ＋235 92U→9538Sr ＋139 54Xe ＋210n 10n ＋235 92U→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n. 2．链式反应(1)定义：在23592U 核裂变释放出巨大能量的同时，平均每次可以放出2～3个中子，这些中子称为第1代中子，如果其中至少有一个继续轰击235 92U ，使之发生裂变，就能产生第2代中子，这样不断继续下去，中子会不断增加，裂变反应就会不断加强，就形成了裂变的链式反应．能够发生链式反应的铀块的最小体积叫做临界体积．(2)条件：发生链式反应必须具备两个条件：a .铀核的体积达到临界体积；b .必须存在持续不断的中子源．[再判断]1．原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程．(×)2．用中子轰击重核使之分裂实现核裂变．(√)3．利用不可控的快中子轰击超过临界体积的铀块产生链式反应制成原子弹．(√)[后思考]重核裂变反应是否满足电荷数守恒？是否满足质量数守恒？【提示】重核裂变反应属于核反应，满足电荷数守恒，质量数守恒．[核心点击]1．铀核的裂变和裂变方程(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2或3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释放出越来越多的核能．(3)常见的裂变方程：①235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr＋210n.②235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310n.2．链式反应的条件(1)有慢中子轰击．(2)铀块的体积大于临界体积，或铀块的质量大于临界质量．以上两个条件满足一个，则另一个条件自动满足．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200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧时释放的能量，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更易发生链式反应在天然铀中，主要有两种同位素，99.3%的是铀238，0.7%的是铀235，中子能引起这两种铀核发生裂变，但它们和中子发生作用的情况不同．(1)铀235：俘获各种能量的中子都会发生裂变，且俘获低能量的中子发生裂变的概率大．(2)铀238：只有俘获能量大于1 MeV的中子才能发生裂变，且裂变的几率小．能量低于1 MeV的中子只与铀核发生弹性碰撞，不引起裂变．因此，为了使链式反应容易发生，最好利用纯铀235.1．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是( )A．核裂变释放的能量远大于它俘获中子时得到的能量B．铀核裂变在自然界中会自发地产生C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减少D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放能量的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程，因而释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量；重核裂变只能发生在人为核反应中；在裂变反应中核子数是不会减少的，因此A正确，B、C错误．重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，必然发生质量亏损，从而释放出核能，所以D正确．【答案】AD2．(多选)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235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310nB．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．实验中产生的γ射线穿透能力极强D．这个反应中释放出的能量可以用爱因斯坦的质能方程来计算【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：235 92U＋10n―→144 56 Ba＋8936Kr＋310n，选项A正确；铀核裂变过程中产生γ射线，放出能量，发生质量亏损，释放的能量根据爱因斯坦的质能方程计算，选项B错误，D正确；核反应中产生的γ射线，穿透能力极强，是能量极高的光子，选项C正确．【答案】ACD3．现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：235 92U＋10n→143 60Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋ν(1)核反应方程中的ν是中微子，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(U)核的质量为235.049 3 u，中子质量为1.008 7 u，钕(Nd)核质量为142.909 8 u，锆核质量为89.904 7 u．又知1 u＝1.660 6×10－27 kg，试计算，1 kg铀235大约能产生的能量是多少？【解析】(1)根据电荷数和质量数守恒，可得Zr的电荷数Z＝92－60＋8＝40质量数A＝236－143－3×1＝90.(2)方法一：质量亏损Δm＝(m U＋m n)－(m Nd＋m Zr＋3m n)＝0.217 4 u.一个铀核裂变释放能量ΔE＝Δm×931.5 MeV＝0.217 4×931.5 MeV≈202.5 MeV1 kg铀核含有的原子核数为n ＝1 000235×6.02×1023个≈2.562×1024个 1 kg 铀核产生的能量E 总＝n ·ΔE ＝2.562×202.5×1024MeV≈5.2×1026MeV ＝5.2×1026×106×1.6×10－19 J ≈8.3×1013 J.方法二：Δm ＝(m U ＋m n )－(m Nd ＋m Zr ＋3m n )＝0.217 4 u ＝0.217 4×1.660 6×10－27 kg ≈3.6×10－28 kgΔE ＝Δmc 2＝3.6×10－28×(3×108)2 J ＝3.24×10－11 Jn ＝1 000235×6.02×1023个≈2.562×1024个 E 总＝n ΔE ＝2.562×1024×3.24×10－11 J≈8.3×1013 J.【答案】 (1)40 90 (2)8.3×1013 J重核裂变核能计算的方法解答这类问题，一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损，由质能方程计算出释放的能量，然后用阿伏加德罗常数把核能与重核质量联系起来；另外，在计算过程中要注意单位的统一．裂 变 反 应 堆[先填空]1．核反应堆：能维持和控制核裂变的装置．2．核反应堆的构成：堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．(1)堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．(2)中子反射层：反射核裂变中产生的中子，使其进一步参加链式反应．(3)控制棒：用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．[再判断]1．核反应堆可以人工控制核反应速度．(√)2．减速剂的作用使快中子减速变成慢中子．(√)3．链式反应一旦形成无法进行人工控制．(×)[后思考]核反应堆中的防护层的构造和作用是什么？【提示】核反应堆中的防护层一般由金属套、防止中子外逸的水层以及1 m～2 m厚的钢筋混凝土构成，可以有效地防止射线对人体及其他生命的侵害．[核心点击]1．核反应堆的组成核反应堆由堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分组成．其中控制棒用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．之所以把它叫做“堆”，是因为世界上第一个核反应堆是用石墨块(用以控制反应速度)和金属铀块(反应燃料)一层一层交替地“堆”起来而构成的．2．核反应堆与原子弹爆炸的比较原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．3．核电站发电的主要原理核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的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．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．4．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度【解析】镉棒不是离子源不会释放中子，A错误，也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误，镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强，镉棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，故镉棒也叫控制棒，C正确．【答案】 C5．(多选)关于原子核反应堆，下面哪种说法是正确的( )A．镉棒是核燃料，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量【解析】核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收慢中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则B、D正确，A、C错误．【答案】BD学业分层测评(十二)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．(多选)当一个重核裂变时，它所产生的两个核( )A．含有的质子数较裂变前重核的质子数不变B．含有的中子数较裂变前重核的中子数不变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【解析】由于在裂变反应中吸收一个中子而释放2～3个中子，质子数并没有发生变化，而两个新核的中子数减少，故选项A正确，B错误；反应后质量发生了亏损而释放能量，并不等于俘获中子时得到的能量，在裂变反应中，产物并不是唯一的，而是多种多样的，故选项D正确，选项C错误．【答案】AD2．(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是( )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，但不一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能【解析】根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．释放的能量远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、电荷数均守恒；即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、C错误，B正确；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，选项D正确．【答案】BD3．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( ) 【导学号：64772108】A．反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀块的质量无关【解析】要使铀核裂变发生链式反应，铀块的体积必须等于或大于临界体积，如果组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应．裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变．如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．【答案】 C4．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是235 92U＋10n→144 56Ba＋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【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的10n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C 正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误．【答案】AC5．下列核反应中，表示核裂变的是( )A.238 92U―→234 90Th＋42HeB.235 92U＋10n―→144 56Ba＋8936Kr＋310nC.14 6C―→14 7N＋ 0－1eD.94Be＋42He―→12 6C＋10n【解析】题目选项中，238 92U―→234 90Th＋42He是α衰变，14 6C―→14 7N＋ 0－1e是β衰变，94Be ＋42He―→12 6C＋10n是人工转变，只有C选项是重核裂变，故B正确．【答案】 B6．(多选)2020年以前我国将新增投产2 300万千瓦的核电站，核电站与火电站相比较，下列说法正确的是( )A．核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量B．就可采储量来说，地球上核燃料资源远大于煤炭C．在经济效益方面核电与火电不相上下D．核电站没有任何污染【解析】核燃料释放的能量远大于相等质量的煤放出的能量，A项正确；就可采储量所提供的能量来说，远大于煤炭所能提供的能量，而不是采储量，B项错；在经济效益方面核电与火电不相上下，C项正确；核电站是有污染的，核反应堆用过的核废料具有很强的辐射性，要做特殊处理，D项错误．【答案】AC7．下面是铀核裂变反应中的一个：235 92U＋10n―→136 54Xe＋9038Sr＋1010n.已知铀235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135.907 2 u，则此核反应中质量亏损Δm＝________u，释放的核能ΔE＝________MeV.【导学号：64772053】【解析】质量亏损Δm＝235.0439 u＋1.0087 u－135.9072 u－89.9077 u－10×1.0087 u＝0.1507 u由ΔE＝Δmc2可求得释放的核能ΔE＝0.1507 u c2＝0.1507×931.5 MeV＝140.3771 MeV.【答案】0.1507 140.37718．落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸药放出的能量．原子弹放出的能量约8.4×1013 J，试问有多少个235 92U原子核进行分裂？该原子弹中含235 92U的质量最小限度为多少千克？(一个235 92U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV)【解析】一个235 92U原子核分裂时所产生的能量约为200 MeV＝200×106eV＝2.0×108×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J.设共有n个235 92U核发生裂变：n＝8.4×10133.2×10－11个≈2.6×1024个，铀的质量m＝235×10－3×2.6×10246.02×1023kg≈1.015 kg.【答案】 2.6×1024个 1.015 kg[能力提升]9．(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于235 92U的裂变，下列说法正确的是( )A.235 92U原子核中有92个质子，143个中子B.235 92U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为235 92U＋10n―→139 54Xe＋9538Sr ＋210nC.235 92U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短D．一个235 92U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J【解析】由235 92U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以D正确．【答案】ABD10．(多选)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图421所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是( )图421A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量B．由图可知，原子核A裂变成原子核B和C时会有质量亏损，要放出核能C．由原子核A裂变成原子核B和C时要吸收能量D．在核反应堆的铀棒之间插入镉棒是为了控制核反应速度【解析】原子核D和E的核子平均质量大，结合成原子核F时存在质量亏损，要释放能量，A错误；原子核A的核子平均质量大，裂变成原子核B和C时质量亏损，要放出核能，B正确、C错误；镉棒可以吸收中子，在反应堆中能控制反应速度，D正确．【答案】BD11.235 92U受中子轰击时会发生裂变，产生139 56Ba和9436Kr，同时放出200 MeV的能量，现要建设发电能力是50万千瓦的核电站，用铀235作为原子锅炉的燃料，假设核裂变释放的能量全部被用来发电，那么一天需要纯铀235的质量为多少？(阿伏加德罗常数取6.02×1023mol －1)【解析】每天发电的总量E＝24×3.6×103×5×108 J＝4.32×1013 J.要得到这么多能量需要裂变的铀原子数目n＝4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(个)．则对应的质量m＝nN A ·μ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3 kg＝0.527 kg.【答案】0.572 kg12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，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，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋a X是反应堆中发生的许多核反应中的一种，10n 为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以m U、m Ba、m Kr分别表示23592U、14156Ba、9236Kr核的质量，m n、m p分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？(2)有一座发电能力为P＝1.00×106kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J ，核的质量m U ＝390×10－27 kg ，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量． 【解析】 (1)由反应方程可知：X 为10n ，a 为3，释放的能量为ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2.(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗23592U 的功率为P ′＝P 40%＝10640% kW ＝2.5×106 kW ， 电站每年消耗235U 的能量为W ＝Pt ＝2.5×109×3.15×107 J ＝7.875×1016J. 每年消耗23592U 的质量为M ＝W ΔE m U ＝7.875×1016×390×10－272.78×10－11 kg ＝1 105 kg.【答案】 (1)10n 3 (m U －m Ba －m Kr －2m n )c 2(2)1 105 kg。
4.2《核裂变》优秀教案(鲁科版选修3-5)
第二节 核裂变 学案【学习目标】（1）知道核裂变地概念，知道重核裂变中能释放出巨大地能量；（2）知道什么是链式反应；（3）会计算重核裂变过程中释放出地能量；（4）知道什么是核反应堆.了解常用裂变反应堆地类型，了解核电站及核能发电地优缺点.【学习重点】链式反应及其释放核能地计算；重核裂变地核反应方程式地书写.【知识要点】1、核裂变（fission ）重核分裂成质量较小地核地反应，称为裂变只有核子平均质量减小地核反应才能放出核能不是所有地核反应都能放出核能，有地核反应，反应后生成物地质量比反应前地质量大，这样地核反应不放出能量，反而在反应过程中要吸收大量地能量.只有重核裂变和轻核聚变能放出大量地能量.2、铀核地裂变（1）铀核地裂变地一种典型反应.2351141921920563603U n Ba Kr n +→++（2）链式反应：链式反应：这种由重核裂变产生地中子使裂变反应一代接一代继续下去地过程，叫做核裂变地链式反应（3）临界体积（临界质量）：临界体积（临界质量）：通常把裂变物质能够发生链式反应地最小体积叫做它地临界体积，相应地质量叫做临界质量（4）裂变反应中地能量地计算.3、核电站核核反应堆各组成部分铀棒由浓缩铀制成，作为核燃料.控制棒由镉做成，用来控制反应速度.减速剂由石墨、重水或普通水（有时叫轻水）做成，用来跟快中子碰撞，使快中子能量减少，变成慢中子，以便让U235俘获.冷却剂由水或液态地金属钠等流体做成，在反应堆内外循环流动，把反应堆内地热量传输出，确保反应堆地安全.水泥防护层用来屏蔽裂变产物放出地各种射线，防止核辐射.核能发电地优点、缺点：优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济.缺点：①一旦核泄漏会造成严重地核污染；②核废料处理困难.【典型例题】例题1、下列核反应中，表示核裂变地是（ ）A 、238234492902U Th He →+B 、14140671C N e -→+C 、2351141921920563603U n Ba Kr n +→++D 、941214260Be He C n +→+分析：核反应中有四种不同类型地核反应，它们分别是衰变、人工转变、重核裂变、轻核聚变.其中衰变中有α衰变、β衰变等.238234492902U Th He →+是α衰变， 14140671C N e -→+是β衰变，941214260Be He C n+→+是人工转变，只地C 选项是重核裂变.解：表示核裂变地是C 2351141921920563603U n Ba Kr n +→++【达标训练】1、秦山核电站第一期工程装机容量为30万kW ，如果1g 铀235完全裂变时产生地能量为8.2⨯1010 J ，并且假定产生地能量都变成了电能，那么，每年要消耗多少铀235?（一年按365天计算）2、U 23592俘获一个慢中子后发生裂变，生成Xe 13954和Sr 9438，已知U 23592、Xe 13954、Sr 9438 和中子地质量分别是235.0439u 、138.9178u 、93.9154u 、1.0087u ．（1u 相当于931MeV ）（1）写出上述铀裂变地反应方程；（2）一个铀235裂变时放出地能量是多少焦.答案：1、解：核电站每天地发电量为W =Pt =3×108×24×3600 J=2.592×1013 J ，每年地发电量W 总=365W =9.46×1015 J 而1 g 铀完全裂变时产生地能量为：8.2×1010 J所以，每年消耗地铀地量为：152109.4610 1.15108.210m kg kg ⨯==⨯⨯2．解：（1）n Sr Xe n U 1094381395410235933++→+ （2）质量亏损u u u u u m 0087.139154.939178.1380087.10439.235⨯---+=∆u 1933.0= 一个铀核裂变时放出地能量为J eV mc E 1162109.2109311933.0-⨯=⨯⨯=∆=∆【学后反思】版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.LDAYt。
4.1核力与核能 学案(2020年鲁科版高中物理选修3-5)
4.1核力与核能学案（2020年鲁科版高中物理选修3-5）第第1节节核力与核能核力与核能目标定位1.知道核力的概念.特点.2.知道稳定原子核中质子与中子的比例特点.3.理解结合能和平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损.4.知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系一.核力与核的稳定性1核力把原子核中的核子维系在一起的力2核力特点1核力是一种强相互作用2核力是短程力，作用范围在2_fm左右3核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子4核素图用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象5核的稳定性1核素的稳定区几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线两侧的区域2稳定核素的中子数与质子数的关系随着质子数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数二.结合能与平均结合能1结合能核子结合成原子核时放出的能量2质量亏损1爱因斯坦质能方程Emc2.2质量亏损任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损3亏损的质量与释放的能量间的关系Emc2.想一想有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对答案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3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平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子一.对核力及原子核中质子与中子的比例的理解1核力的特点核力是只在邻近的核子之间发生的一种强相互作用，是短程力2核子比例关系较轻的原子核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，越重的元素，两者相差越多3形成原因1若用质子与中子成对地人工构建原子核，由于核力是短程力，当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了2若只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多3由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大于核力的作用范围，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的【例1】下列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定相等B稳定的重原子核里，质子数比中子数多C原子核都是非常稳定的D对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的答案D解析自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多因此正确答案为D.二.结合能与平均结合能的理解1平均结合能曲线不同原子核的平均结合能随质量数变化的图线如图1所示图1从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能较大，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，反之，需要吸收能量3平均结合能的大小反映了原子核的稳定程度平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等核子数的原子核平均结合能较大，原子核较稳定【例2】下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有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较大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会放出能量，原子核拆解成核子需要吸收能量，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，例如中等质量原子核的平均结合能比重核的大，但由于核子数比重核的少，其结合能比重核的反而小，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的多，因此它的结合能也比轻核大，D 选项正确借题发挥结合能.平均结合能的对比理解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平均结合能为结合能与核子数的比值，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都大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10n11H21HQ2解析方程式10n11H21H.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，称作平均结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以平均结合能为Q2.三.质量亏损和核能的计算1对质能方程和质量亏损的理解1质能方程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Emc2.2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，总能量也随之减少这时质能方程也写作Emc2.2核能的计算方法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m.根据爱因斯坦质能方程Emc2计算核能其中m的单位是千克，E的单位是焦耳2利用原子质量单位u和电子伏特计算根据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Em931.5MeV.其中m的单位是u，E的单位是MeV.【例3】某核反应方程为21H31H42HeX.已知21H的质量为2.0136u，31H的质量为3.0180u，42He的质量为4.0026u，X的质量为1.0087u则下列说法中正确的是AX是质子，该反应释放能量BX是中子，该反应释放能量CX是质子，该反应吸收能量DX是中子，该反应吸收能量答案B解析由题目所给核反应方程，根据核反应过程中质量数.电荷数守恒规律，可得21H31H42He10X，X为中子在该反应发生前反应物的总质量m12.0136u3.0180u5.0316u，反应后产物总质量m24.0026u1.0087u5.0113u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应释放能量故B正确借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前后质量的变化若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量由于不明确质量亏损的含义与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量【例4】已知氮核质量MN14.00753u，氧17核的质量MO17.00454u，氦核质量MHe4.00387u，氢核质量MH1.00815u，试判断147N42He178O11H这一核反应是吸收能量还是放出能量能量变化量是多少答案吸收能量1.2MeV解析反应前总质量MNMHe18.01140u，反应后总质量MOMH18.01269u.可以看出反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应吸收的能量利用Emc2来计算，若反应过程中质量增加1u，就会吸收931.5MeV的能量，故E18.0126918.01140931.5MeV1.2MeV.对原子核中核力的理解1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核力可使较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定有中子答案D解析由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把较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；自然界中存在一个质子的原子核，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，维系原子核的稳定，故D正确对结合能与平均结合能的理解2质子.中子和氘核的质量分别为m1.m2和m3.当一个质子和一个中子结合成氘核时，释放的能量是c表示真空中的光速Am1m2m3cBm1m2m3cCm1m2m3c2Dm1m2m3c2答案C解析根据质能方程，Emc2，其中mm1m2m3，则Em1m2m3c2，C正确，A.B.D错误质量亏损和核能的计算3为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将xx年定为“国际物理年”对于爱因斯坦提出的质能方程Emc2，下列说法中不正确的是AEmc2表明物体具有的能量与其质量成正比B根据Emc2可以计算核反应中释放的核能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DEmc2中的E是发生核反应时释放的核能答案D 解析爱因斯坦质能方程Emc2，定量地指出了物体的能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量，反之，若物体的质量增加了，则物体的能量增加，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B.C正确，D错误4三个粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量为12.0000u，氦原子质量为4.0026u1uc2931.5MeV1写出核反应方程；2这个核反应放出的能量是多少MeV3这个能量合多少焦耳答案1342He126CE27.27MeV31.161012J解析1核反应方程342He126CE.2质量亏损m34.0026u12.0000u0.0078u12.9481030kg，这个核反应放出的能量是Emc27.27MeV.3E7.271061.61019J1.161012J.。
高中物理 第4章 核能归纳提升教案 鲁科版选修3-5
第4章核能几个重要的核反应核反应式与其相关的重要内容错误!U→错误!Th＋错误!Heα衰变实质2错误!H＋2错误!n→错误!He错误!Th→错误!Pa＋错误!eβ衰变实质错误!n→错误!H＋错误!e错误!N＋错误!He→错误!O＋错误!H质子的发现(1919年)卢瑟福错误!Be＋错误!He→错误!C＋错误!n中子的发现（1932年)查德威克错误!Al＋错误!He→错误!P＋错误!n人工放射性同位素的发现居里夫妇3015P→错误!Si＋错误!e正电子的发现(1934年)居里夫妇错误!U＋错误!n→错误!Sr＋错误!Xe＋10错误!n错误!U＋错误!n→错误!Ba＋8936Kr＋3错误!n重核的裂变21H＋错误!H→错误!He＋1n轻核的聚变变，四是聚变．核反应可用方程来表示,叫核反应方程．完成下列核反应方程，并指明它属于何种核反应．（1)错误!92U→错误!90Th＋（)属________;（2)错误!Be＋(）→错误!6C＋错误!n,属________；（3）21H＋错误!H→错误!He＋(）,属________；(4)错误!92U＋错误!n→错误!Sr＋错误!54Xe＋(），属________．【解析】根据质量数和电荷数守恒可判定：(1)中的未知核为错误!He，该反应属衰变;(2)中的未知核为错误!He，该反应属人工转变;（3）中的未知核为错误!n,该反应属于聚变；（4)中的未知核为10错误!n，该反应属于裂变．【答案】见解析1．(2013·陕西师大附中检测)1964年、1967年我国分别成功引爆了第一颗原子弹和氢弹,同时庄重承诺任何情况下决不首先使用核武器，决不向无核国家使用核武器．下列核反应方程表示两弹原理的是(）A.14， 7N＋错误!He→错误!O＋错误!HB。
错误!U＋错误!n→错误!Sr＋错误!Xe＋2错误!nC.错误!U→错误!Th＋错误!HeD。
错误!H＋错误!H→错误!He＋错误!n【解析】原子弹利用核裂变，而氢弹利用核聚变获得巨大核能，故B项对应原子弹的爆炸原理;D项对应氢弹的爆炸原理；A项为人工核转变;C项为核衰变反应．故答案为B、D。
鲁科版高中物理 4.2 核裂变教案
鲁科版高中物理4.2 核裂变教案
鲁科版高中物理教案第四章核能
第二节核裂变
三维教学目标
1、知识与技能
（1）知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量；
（2）知道什幺是链式反应；
（3）会计算重核裂变过程中释放出的能量；
（4）知道什幺是核反应堆。
了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。
2、过程与方法
（1）通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力；
（2）通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
3、情感、态度与价值观
（1）激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系；
（2）通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性；
（3）确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。
教学重点：链式反应及其释放核能的计算；重核裂变的核反应方程式的书写。
2020_2021学年高中物理第4章核能2核裂变课件鲁科版选修3_5202103252185
【规律方法】重核裂变核能计算的方法 (1)一般是先根据核反应方程求出一个重核裂变时发生的质量亏损,由质能方 程计算出释放的能量。 (2)用阿伏伽德罗常数把核能与重核质量联系起来。 (3)在计算过程中要注意单位的统一。
【素养训练】 1.关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理,下列说法正确的是( ) A.镉棒能释放中子,依靠释放的多少控制反应速度 B.用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量 C.利用镉棒对中子吸收能力强的特点,依靠插入的多少控制中子数量 D.镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用,利用其与铀的接触面积的大小控制反应速 度
C.裂变时释放能量,根据ΔE=Δmc2,所以裂变后核子总质量数增加
D.裂变时释放能量,出现质量亏损,所以裂变后核子总质量数减少
【解析】选A。139 54
Xe
中核电荷数为54,则质子数为54,质量数为139,则中子数
为139-54=85,故A正确,B错误。裂变时释放能量,有质量亏损,但是质量数仍然
守恒,故C、D错误。故选A。
裂变后:m2=(140.913 9+91.897 3+3×1.008 7) u =235.837 3 u 质量亏损:Δm=0.215 3 u 释放能量:ΔE=0.215 3×931.56 MeV=200.56 MeV
3.重核裂变的条件: (1)要有足够浓度的铀235。 (2)要有足够数量的慢中子。 (3)铀块的体积要大于临界体积。
2.裂变过程核能的计算：235 92
U
1 0
n
141 56
Ba
92 36
Kr
3
1 0
n
已知m(
U 235
92
)=235.043
9
u,
高中物理第4章核能第2节核裂变铀原子核的裂变素材鲁科版选修3_5
铀原子核的裂变铀原子核裂变现象的发现还得从美籍意大利物理学家费米利用中子轰击铀核的实验研究工作谈起。
当人工放射性核素发现以后，科学家们就纷汾利用α粒子、质子以及中子去轰击周期表上各种元素，以求获得更多的人工放射性核素。
而费米就是利用α粒子轰击铍能发射中子的核反应过程，把镭和铍均匀混合在一起，就可以制成能发射大量中子的镭－铍中子源。
然后，利用这些中子去轰击各种元素，并用自制的高灵敏度盖革—弥勒计数管进行测量。
结果发现将近六十多种被中子照射过的元素中，约有四十多种能产生放射性核素。
后来，费米在长期的实验工作中发现，如果把所用的镭－铍中子源加以适当改进，在中子源和银圆筒之间加上一层石蜡或其它含氢物质，就能使银的放射性强度大大增加，这可从盖革—弥勒计数管上得到反映。
这是因为镭－铍中子源所发射的快中子能量很大，不易和银发生反应。
现在通过石蜡后快中子被减速成热中子，其能量和分子热运动能量相当，即能量为0.0253电子伏或速度为每秒2200米。
由于热中子运动速度很慢，它在核周围的停留时问就会加长，因此和核作用的机会也就越多，所产生的放射性也就越强，计数就大大增加。
费米在获得热中子后，重新对铀核进行轰击试验。
看它能否被铀核俘获生成更多的原子序数大于92的93、94……一系列超铀元素。
然而，大量实验结果证明，在铀核俘获中子后的生成物中，呈现出非常复杂的辐射成分。
在测量中发现它们是由多种β射线所组成，先后共测得四种不同能量的β射线，根据它们辐射强度随时间衰减的曲线分析，得到四种不同的半衰期，分别为10秒、40秒、12分和90分。
而费米及其助手当时也无法从这些复杂的放射性物质中识别出事先想找到的93号新元素。
这是因为他们中间缺少精通化学分析的科学家。
即使在这些新产生的放射性物质中确已存在93号元素，他们也不能用化学方法由辨别它们。
由于费米及其同事在生产人工放射性核素中一直认为元素俘获一个中子后，经过β衰变能生成原子序数增加1的新元素，所以费米等人总是专心致志地去寻找原子序数比铀更大的超铀元素。
2019-2020学年高中物理第4章核能4.1核力与核能教案鲁科版选修3-5.doc
2021-2021学年高中物理第4章核能4.1核力与核能教案鲁科版选修3-5■课标要求・课标解读1 .知道核力的概念、特点及自然界存在的四种根本相互作用.2 . 了解核素的核素图,知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减3 . 了解结合能平均结合能的概念,知道两种释放核能的方式,知道核反响中的质量亏损.4 .知道爱因斯坦的质能方程,理解质量与能量是“对应〞关系而不是“转化〞关系.・教学地位本节是本章的第一节内容,可先通过有关核能的新闻报道或太阳中核反响对地球的作用,以及原子弹、核电站对人类生活的影响等激发学生的兴趣. 告诉学生核能的两种释放方法,从而导入核力概念,讲解核素、结合能、平均结合能,掌握爱因斯坦质能方程并能进行计算.告诉学生全章结构以及本节和其他章节的关系. 通过对核素图的分析, 让学生掌握核素图的特点,了解轻核聚变和重核裂变都是核能的释放方式, 并使学生建立物理学习和研究科学的方法.・新课导入建议问题导入提问1：氯原子核中有两个质子,质子质量为m= 1.67 X 10 27kg,带电量为元电荷e =1.6 x 10-七,原子核的直径的数量级为10—15 m,那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍？〔两者相差1036倍〕提问2:在原子核那样狭小的空间里, 带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍,那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力, 把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容.・教学流程设计课前预习安排：L看教材2.填写【课前自主导学】同学之间可进行讨论| ?步骤1:导入新课,本节教学地位分析| ?步骤2:老师提问,检查预习效果可多提问几个学生?错误！步骤7:指导学生完成【当堂双基达标】,验证学习情况步骤6:完成“探究3〞重在讲解规律方法技巧步骤5:师生互动完成“探究 炉 方式同完成探究1相同 步骤4:让学生完成【迁移应用】,检查完成情况并点评|二1 」|核力与核的稳定性1 .根本知识 (1)核力把原子核中的核子维系在一起的力.(2)核力特点①核力是短程力,作用范围在 2_fm(1 fm = 10 15 m)左右,它不能延伸到 3_fm 以外. ②当两核子间距离减小时,核力也EBE 减小,至一定值时,核力表现为斥力. ③核力是一种强相互作用,假设两质子之间的距离为 1 fm ,库仑力是200 N 左右,核力 必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用.(3)核素具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子. (4)核素图用横坐标表示质子数, 纵坐标表示中子数,每一种核素用一小方块表示, 所得到的图象. (5)核的稳定性①核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上,或紧靠曲线的两侧区域.②稳定核素的中子数与质子数的关系： 随着Z 的增加,稳定核素的中子数越来越大于质 子数.2 .思考判断(1)原子核内的质子间均存在核力和库仑力.(X ) (2)稳定原子核的质子数总＞是与中子数相等.(X ) (3)对质子数较多的原子核,其中的中子数起到增加核力、 维系原子核稳定的作用.(,)3 .探究交流原子核是由中子和质子组成的, 在原子核狭小的空间里, 带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？【提示】 组成原子核的相邻的核子间存在核力.1 .(1)结合能核子结合成原子核所释放的能量. (2)平均结合能①定义：平均每个核子的结合能.②意义：平均结合能越大,原子核越难别离成单个核子. (3)质量亏损①质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和, 这一差值称为质量亏损.步骤8:先由学生自己总结本节的主要知识,教师点评,安排学生课下完成【课后知能 检测】理教材 自查白测 阖"建■地〞自主学 同区I②能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量,其大小为 A E= A me.2 .思考判断(1)原子核的核子数越多,平均结合能越大.(X ) (2)质量亏损是由于这局部质量转化为能量.(X ) 3 .探究交流有人认为质量亏损就是核子的个数变少了,这种熟悉对不对？【提示】 不对.在核反响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.【问题导思】1 .原子核越大越稳定吗？2 .结合能是原子核具有的能量吗？3 .平均结合能和结合能存在什么关系？ 1 .结合能由于核子间存在着强大的核力,原子核是一个巩固的集合体.要把原子核拆散成核子, 需要克服核力做巨大的功,或者需要巨大的能量.例如,用强大的 丫光子照射笊核,可以 使它分解为一个质子和一个中子.从实验知道只有当光子能量等于或大于 2.19 MeV 时,这 个反响才会发生.同样,一个质子和一个中子结合成笊核,要放出 2.19 MeV 的能量.这表 明要把原子核分开成核子要吸收能量, 核子结合成原子核要放出能量,这个能量叫做原子核的结合能.2.结合能和平均结合能原子核是核子结合在一起构成的,要把核子分开,就需要能量,这就是原子核的结合 能.结合能的大小可以用 AE= A mC 进行计算.对某种原子核,平均每个核子的结合能就是平均结合能. 平均结合能的大小可以用 平得到.(1)平均结合能的大小反映核的稳定程度,平均结合能越大,原子核就越难拆开,表示 原子核越稳定. (2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核,平均结合能都比拟小,中等核子数的原子 核平均结合能较大.(3)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要释放能量. 特别提醒原子核越大,它的结合能越高,有意义的是它的结合能与核子数之比, 称为平均结合能,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.例 以下关于结合能和平均结合能的说法中,正确的选项是 ( )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,因此它的结合能也越大C.重核与中等质量原子核相比拟,重核的结合能和平均结合能都大D.中等质量的原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 【解析】 核子结合成原子核所释放的能量叫做原子核的结合能, 故A 选项错误；核结合能除以质量数称为平均结合能,核结合能和平均结合能都是原子核稳定程度的量度,平均结合能越大,核越稳定.但不一定平均结合能越大,故 B 选项错误；质量中等的核,平均结 合能最大约8.6 MeV,它们最为稳定,重核的平均结合能要小些,约 7.6 MeV,故C 选项错 误,D 选项正确.【答案】 D伊汪嘉应用合作探 究区I1 .以下关于平均结合能的说法正确的选项是()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【解析】中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大, 故A、B、C均不正确.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,故D正确.【答案】D【问题导思】1 .质量为m kg的物体具有m(2的能量吗？2 .质量和能量在一定条件下可以相互转化吗？3 .质量亏损是质量真正减少了吗？1 .质量亏损科学家研究证实原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和, 例如精确计算表明：笊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响中才能明显地表现出来.2 .质能方程E= m(2爱因斯坦指出,物体的能量 (E)和质量(m)之间存在着密切的关系,即E= mC,式中c 为真空中的光速.爱因斯坦质能方程说明：物体所具有的能量跟它的质量成正比.由于c2这个数值十分巨大,因而物体的能量是十分可观的.3 .核能的计算(1)核反响中释放或吸收的能量, 可以先计算反响物和生成物的质量差, 再用AE= A mC进行计算.(2)运用A E= A m(2时要注意统一单位.(3) A m物体的质量包括静止质量和运动质量,质量亏损并不是这局部质量消失或转变为能量, _________只是静止质量的减少. 减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量, 在核反响中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律.例氮核质量14.007 53 u,氧核质量m)= 17.004 54 u,氨核质量n He = 4.00387 u ,质子质量1.008 15 u,试判断核反响74N+ ；He^ 870+ ；H是吸能反响,还是放能反应？能量变化多少？【审题指导】由反响物和生成物的质量大小关系来判断反响是吸能反响还是放能反应,能量的多少可以用 A E= A mC来计算.【解析】先计算出质量亏损Am,然后由1 u相当于931.5 MeV能量代入计算即可.反响前总质量为m»+me= 18.011 40 u ,反响后总质量为m>+ m H= 18.012 69 u.由于反响中质量增加,所以此反响为吸能反响,所吸收的能量为2A E= A mc= (18.012 69 -18.011 40) X 931.5 MeV =1.2 MeV. 【答案】吸能反响 1.2 MeVI 规律总结1. 根据AE=Am (2进行计算一般有以下两种方法：①Am 的单位用千克,c=3xi08m/s,此时能量 A E 的单位为焦耳；②Am 的单位为原子质量单位(u),此时AE=Amx 931.56 MeV.2. 1 u = 1.6606 X 10 27 kg ,常用于质量的单位换算. 卜汪嘉应电3. 一个锂核(3Li)受到一个质子的轰击,变成两个 “粒子.质子的质量是 6X 10 27 kg ,锂核的质量是 11.650 5 X 10 -27 kg ,氨核的质量是 6.646 6 *10 -27 kg.(1)写出上述核反响的方程；(2)计算上述核反响释放出的能量. (保存3位有效数字) 【解析】 (1)由质量数和电荷数守恒可得 3Li +1HR 2；He.(2)核反响的质量亏损 A m= m i +m — 2nl= (11.650 5 X 10 27+ 1.673 6 X 10 27 —2X6.646 6 X 10 27) kg =3.09 X 10 29 kg. 释放的能量 AE= A mC= 3.09 X 10 29x (3 X 10 8)2 J -12 = 2.78X10 J. 【答案】 ⑴ 7Li+；HR 2 4He (2)2.78X10 12 J关于原子核的结合能与平均结合能,以下说法中正确的选项是A .原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功 B.原子核的结合能等于核子从原子核中别离,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 【标准解答】 原子核中,核子与核子之间存在核力,要将核子从原子核中别离, 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 比中等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. 述,正确选项为 A B 、C.【答案】 ABCT 规律总结I --------------------------------------- ■,以笊核为例辨析结合能与平均结合能1 .结合能的理解一个中子和一个质子结合为一个笊核,会释放 3.51 X10 13 J 能量,意味着将笊核内的 中子和质子分开,必须克服核力做功3.51 X10 13 J ,这就是笊核的结合能.2 .平均结合能的理解笊核内部的核子数 Nl= 2,所以笊核的平均结合能为差.1.673 ?例 综上所【备课资源】〔教师用书独具〕粒子间的相互作用物质世界运动变化多样性的根源在于自然界存在着四种根本相互作用,即强相互作用、 电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用.强相互作用 存在于重子、介子等强子之间的根本相互作用. 核子之间的核力是它的一 个典型实例.强相互作用是一种短程力,作用范围为 10-5 m 量级,作用强度约为电磁相互 作用的102倍.目前,对强相互作用的机制还不清楚.近年来开展的量子色动力学 〔QCD 〕能 解释强相互作用的一些问题. 这个理论认为强相互作用是通过胶子传递的. 实验上已观察到 胶子存在的迹象,但还没有直接的证据证实胶子的存在.电磁相互作用 这是目前了解得最清楚的一种相互作用,量子电动力学 〔QED 〕可以对它 进行精确的计算.电磁相互作用是一种长程力, 作用于所有微观或宏观带电或带磁矩的物体 之间.大到天体,小到 10一8 m 范围内,理论计算都跟实验事实符合得很好.量子电动力学 认为,电磁相互作用是由电磁场的量子一一光子传递的.弱相互作用 广泛存在于轻子和轻子间、轻子和强子间、强子与强子间的一种根本相互作用.原子核的 3衰变是它的一个实例.弱相互作用也是一种短程力,作用范围比强相互 作用还要短,作用强度约为强相互作用的 10—12倍.弱相互作用是通过质量很重的中间玻色 子时和Z 0传递的,它们的质量分别为： n w=〔80.9 ±1.5〕 GeV,4=〔95.6 ±1.4〕 GeV.引力相互作用 支配着宏观物体运动变化, 例如,天体运动规律的一种长程力. 在微观 领域里,引力相互作用远远弱于其他三种相互作用, 以致实际上无法检验在微观领域里万有引力定律是否仍然正确. 例如,根据万有引力定律考虑两个质子间的引力相互作用与它们间 的强相互作用的强度之比仅为 10—38.理论上,传递引力相互作用的量子是引力子.目前,实根本概念核力与核能核能计算还质量考面验上尚未发现引力子的存在寺专双基达标 K 稳堂蟒生生互也达H 双柞" 誉露多1 .以下说法中正确的选项是 ()A.质子与中子的质量不等,但质量数相等8 .两个质子之间,不管距离如何,核力总是大于库仑力 C.同一种元素的原子核有相同的质量数,但中子数可以不同D.除万有引力外,两个中子之间不存在其他相互作用力【解析】 质子和中子的质量不相等,但差异不大,质量数相等,故 A 对.核子之间的 核力随距离变化而变化, 并不总大于库仑力, 故B 错.同位素之间核电荷数相同, 中子数不 同,质量数也不同,故 C 错.核子之间除万有引力外,还可能存在核力、库仑力,故 D 错.【答案】 A 2.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,这是由于 ()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】 只有核子间存在着强大的核力,才伴随着巨大的能量变化,所以选 C. 【答案】 C3.对结合能、平均结合能的熟悉,以下说法正确的选项是 A. 一切原子核均具有结合能B.自由核子结合为原子核时,可能吸收能量C.结合能越大的原子核越稳定D.平均结合能越大的原子核越稳定【解析】 氢原子核只有一个质子不具有结合能,故放出能量,故B 错；平均结合能越大的原子核越稳定,故【答案】 D4. 2个质子和1个中子结合可以生成氨 3,反响方程式：2；H+ 0n —>2he,每个质子 的质量为1.007 277 u ,中子的质量为 1.008 665 u ,氨2He 的质量为 3.002 315 u .试求氨 3的结合能.【解析】 粒子结合前后的质量亏损为Am 2X 1.007 277 u + 1.008 665 u -3.002 315 u =0.020 904 u. 解法一：由爱因斯坦质能方程得,结合能为 2E= △ mc= 0.020 904 X 1.660 6 X 10 27X(3 X 108) 2 J ~ 3.124 X 10 12 J.解法二：由于1 u 相当于931.56 MeV,那么结合能为 E= 0.020 904 X 931.56 MeV ~ 19.47 MeV.【答案】 3.124 X 10 12 J 或 19.47 MeVA 错；自由核子结合为原子核时, C 错,D 正确.。
第4章 第2节 核裂变同步备课课件 鲁科版选修3-5课件
3．核电站发电的主要原理 核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的 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．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的 蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电材料，放在燃料棒四 周，使中子速度减慢以有助于铀 235 发生裂变．减速后的中 子能量最后都变为热能，所以这种速度变慢的中子称为热中 子．
2．思考判断 (1)核反应堆可以人工控制核反应速度．(√) (2)减速剂的作用使快中子减速变成慢中子．(√) (3)链式反应一旦形成无法进行人工控制．(×) 3．探究交流 核反应堆中的防护层的构造和作用是什么？
【提示】 核反应堆中的防护层一般由金属套、防止中 子外逸的水层以及 1 m～2 m 厚的钢筋混凝土构成，可以有 效地防止射线对人体及其他生命的侵害.
●教学流程设计
演示结束
课标解读
重点难点
1.知道核裂变的概念，知道重核裂 1.链式反应及其释放能量
变中能释放出巨大的能量． 的计算．(重点)
2．知道什么是链式反应． 2．重核裂变的核反应方
3．会计算重核裂变过程中释放出 程式的书写．(重点)
的能量． 3．链式反应及重核裂变
4．知道什么是核反应堆．了解常 的理解．(难点)
裂变反应堆
1.基本知识 (1)核反应堆：能__维__持___和__控__制___核裂变的装置． (2)核反应堆的构成：_堆__芯___、___中__子__反__射__层________、 ___控__制__系__统_____和防护层等部分． ①堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成． ②中子反射层：反射核裂变中产生的_中__子___，使其进一 步参加链式反应． ③控制棒：用能_吸__收____慢中子的镉或硼钢制成，以控 制链式反应的速度．
【质量】高中物理第4章核能2核裂变学案鲁科版选修35
【关键字】质量第2节核裂变[目标定位] 1.知道核裂变的概念以及重核裂变会释放能量.2.知道什么是链式反应以及发生的条件.3.会计算重核裂变过程中释放出的能量.4.知道什么是核反应堆，了解常用裂变反应堆的类型．一、重核的裂变1．定义用中子轰击重核，重核分裂成质量相近的两部分，并释放出能量的核反应过程叫做核裂变，核裂变释放的能量，称为裂变能，也称为核能或原子能．2．铀核的裂变(1)两种常见的核反应方程：U＋n→Xe＋Sr＋2nU＋n→Ba＋Kr＋3n(2)U裂变释放的能量是巨大的，裂变反应中每个核子释放的能量约为1_MeV.二、链式反应1．链式反应当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出2～3个中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断地增加，形成链式反应．2．发生条件(1)有持续不断的中子．(2)达到临界体积．三、裂变反应堆1．核反应堆用人工的方法控制链式反应的速度，能维持和控制核裂变的装置，叫做核反应堆．2．组成核反应堆包括堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．其中堆芯由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．(1)燃料：浓缩铀；(2)减速剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水作减速剂；(3)控制棒：为了控制能量释放的速度，就要想办法减少中子的数目，采用在反应堆中拔出镉棒的方法，利用镉吸收中子的特性，就可以容易地控制链式反应的速度.一、对裂变概念的理解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库仑斥力作用而分裂成几块，同时放出2～3个中子，这些中子又引起其他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，形成链式反应．3．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．一般来说，平均每个核子放出的能量约为1 MeV，铀235全部裂变放出的能量相当于2 000 t标准煤完全燃烧时释放的能量，裂变时能产生几万度的高温．4．用中子轰击铀核时，铀核裂变的产物是多种多样的，其中两种典型的反应是：U＋n―→Ba＋Kr＋3n；U＋n―→Xe＋Sr＋2n.【例1】关于重核的裂变，下列说法正确的是( )A．核裂变时释放的能量等于它俘获中子时得到的能量B．重核裂变时释放出大量的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少C．铀核自发放出α粒子、β粒子时要释放能量，核电站利用的就是这一能量D．重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，所以重核裂变成中等质量核时，要放出核能，有质量亏损答案 D解析重核的平均结合能小于中等质量核的平均结合能，即将重核分成核子时比中等质量核分成核子时每个核子平均吸收的能量小些，可见由重核裂变成两个中等质量的核要放出能量，选项D正确；铀核裂变放出的能量是原子核的核能，而不是中子具有的动能，选项A 错误；裂变过程遵守质量数、电荷数守恒规律，选项B错误；衰变是自发的现象，铀核衰变后的新核仍是重核，而核电站利用的是裂变能，选项C错误．借题发挥重核裂变的实质(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，放出更多的中子的过程．(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相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的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．二、裂变反应中释放核能的计算【例2】一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子．(1)写出核反应方程并计算出一个铀核裂变时释放的核能．已知mU＝235.043 94 u，mXe＝138.918 44 u，mSr＝93.915 57 u，mn＝1.008 665 u.(2)计算铀完全裂变可释放出的能量，其相当于多少热值为2.93×107 J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？答案见解析解析 计算重核裂变释放的核能，首先写出正确的裂变方程式，计算出裂变后的质量亏损Δm ，然后将Δm 代入爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc2，计算出裂变释放的核能．(1)核反应方程为U ＋n ―→Xe ＋Sr ＋3n.该反应的质量亏损为Δm ＝(mU ＋mn)－(mXe ＋mSr ＋3mn)＝(235.043 94＋1.008 665) u －(138.918 44＋93.915 57＋3×1.008 665)u＝0.192 6 u ，所以，一个铀核裂变释放的核能为ΔE ＝0.192 6×931.5 MeV≈179.4 MeV.(2)1 kg 铀中含有的铀核数为N ＝1 000235N A ＝1 000235×6.02×1023＝2.562×1024(个)． 1 kg 铀完全裂变共释放的能量为E ＝N ·ΔE ＝2.562×1024×179.4 MeV≈4.60×1026 MeV.相当于完全燃烧的煤的质量为m ＝E q ＝4.60×1026×106×1.6×10－192.93×107 kg ≈2.51×106kg ＝2 510 t.借题发挥 裂变过程中质量数守恒，电荷数守恒．由爱因斯坦质能方程得释放的核能ΔE ＝Δmc 2.铀的摩尔质量为235 g/mol,1 mol 铀含6.02×1023个铀核，1 kg 铀完全裂变可释放的能量，等于各个铀核所释放能量的总和．针对训练 用中子轰击铀核(235 92U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)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 ＝390.313 9×10－27 kg ，m n ＝1.674 9×10－27 kg ；m Ba ＝234.001 6×10－27 kg ，m Kr ＝152.604 7×10－27 kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．答案 10n ＋235 92U ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n 3.220 2×10－11 J解析 根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为10n ＋235 92U ―→141 56Ba ＋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 ＝0.357 8×10－27 kg. 由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝0.357 8×10－27×(3×108)2 J ＝3.220 2×10－11 J.对核裂变的理解1．铀核裂变时，关于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )A．铀块的质量是重要因素，与体积无关B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D．能否发生链式反应与铀块的质量无关答案 C解析要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积或铀块的质量大于临界质量，只要组成铀块的体积小于临界体积，或质量小于临界质量就不会产生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则能够发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．2．(多选)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其中一种裂变反应为235 92U＋10n―→144 56Ba＋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．核能的利用和核能的计算3．关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度答案 C解析镉棒并不能释放中子，也不能使中子减速，对铀核裂变也没有阻碍作用，而是利用其对中子吸收能力强的特点，控制中子数量的多少从而控制核反应速度，故C正确．4．一个铀235吸收一个中子后发生的核反应方程是235 92U＋10n→136 54Xe＋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m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )A．(M－m1－m2)c2B．(M＋m－m1－m2)c2C．(M－m1－m2－9m)c2D．(m1＋m2＋9m－M )c2答案 C解析铀235裂变时的质量亏损为Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－m1－m2－9m)c2.(时间：60分钟)题组一对核裂变的理解1．裂变反应中释放出的能量来自于( )A．核子消失转化为能量B．原子中电子与原子核的电势能减小C．入射的中子消失转化为能量D．原子核的平均结合能变大，释放出能量答案 D解析发生核反应过程中，核子数保持守恒，中子未消失，故A、C错误；能量来自于原子核内部，因为重核在分裂为中等质量的原子核时，平均结合能增加而释放出能量，C错误，D正确．2．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.10 5B＋10n→73Li＋42He B.238 92U→234 90Th＋42HeC.14 7N＋42He→17 8O＋11HD.235 92U＋10n→141 56Ba＋9236Kr＋310n答案 D解析由链式反应特点知：反应过程中由一个中子引发裂变，放出2～3个中子促成链式反应，故D正确．3．关于重核裂变的说法正确是( )A．重核裂变为两个中等质量的核时，重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多B．只要用中子轰击铀块，就一定能发生链式反应C．为了使裂变的链式反应容易发生，不能利用裂变时产生的中子D．裂变过程中释放能量，质量亏损答案 D解析重核裂变为两个中等质量的核时，会产生两到三个中子，因而分裂后的中子数减小，A错；链式反应的发生是有条件的，铀块的体积必须大于其发生链式反应的临界体积，链式反应一旦发生，中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变，且能不断继续下去，B、C错；重核裂变时质量发生亏损，总能量减小，减小的能量对外释放，D对．4．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为( )A．它比较容易发生链式反应B．能自动裂变，与体积无关C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多答案 A解析铀235俘获任何能量的中子都能发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的概率更大．题组二对裂变反应堆和链式反应的理解5．(多选)下列说法正确的是( )A．原子核在分裂或者聚合时释放的能量叫作核能B．用中子轰击比较大的原子核可以使其发生裂变获取核能C．核电站里的链式反应是可以控制的D．原子弹发生爆炸时发生的链式反应也是可以控制的答案ABC解析核能是指原子核在分裂或者聚合时由于质量亏损所释放的能量，A正确；用中子轰击比较大的原子核使其发生裂变时，会有质量亏损，我们可以获取该过程所释放的核能，B正确；核电站里的链式反应可以通过“慢化剂”和“镉棒”来控制，C正确；原子弹发生爆炸时发生的链式反应是不可控的，或者说没有控制的必要，故D错误．6．为使链式反应平稳进行，可采用下列哪种办法( )A．铀块可制成任何的体积B．铀核裂变释放的中子可直接去轰击另外的铀核C．通过减速剂将产生的中子减速D．用镉棒控制中子的数量答案 D解析由于使铀块发生链式反应的体积应大于临界体积，故A错误；铀核裂变释放出的为快中子，不能直接再去轰击铀核，必须用减速剂减速，而镉棒是用于控制中子数量的，以控制链式反应速度，故D正确，B、C错误．7．(多选)关于原子核反应堆，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，A对；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，B对；慢中子最容易引发核裂变，所以快中子碰到铀棒前要进行减速，石墨的作用是使快中子减速，C错；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，D对．8．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，故A正确，B、C、D错误．题组三重核裂变释放核能的计算9．一个235 92U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235 92U＋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＝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X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140，B错误；中子数为140－(92－38)＝86，故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，故C、D错误．10．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出201 MeV的能量，则1 g纯23592U完全发生核反应时放出的能量为(N A为阿伏加德罗常数)( )A．N A×201 MeV B．235 N A×201 MeVC．235×201 MeV D.N A235×201 MeV答案 D解析由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的物质的量为1235mol，因此1 g铀235释放的能量E＝N A235×201 MeV，故D正确．11．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104t TNT 爆炸的能量(约8.4×1013 J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程为235 92U ＋10n ―→141 56Ba ＋9236Kr ＋310n ＋201 MeV ，阿伏加德罗常数N A ＝6.02×1023) 答案 1.02 kg解析 由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV 的能量，则1 mol 铀核裂变放出的能量为 E 0＝6.02×1023×201 MeV≈1.936×1013 J1 mol 铀核的质量为0.235 kg ，则原子弹中铀核的质量为m ＝E E 0×0.235 kg＝8.4×10131.936×1013×0.235 kg≈1.02 kg. 12．现有的核电站常用的核反应之一是：23592U ＋10n ―→143 60Nd ＋A Z 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235.043 9 u ，中子的质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核的质量为142.909 8 u ，锆核的质量为89.904 7 u ，试计算1 kg 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 ＝236－146＝90.核反应方程中用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235中铀核的个数为 n ＝1235.043 9×1.660 6×10－27＝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 ＝0.212 u ，释放的能量为ΔE ＝0.212×931.5 MeV≈197.5 MeV则1 kg 铀235完全裂变释放的能量为E ＝n ΔE ＝2.56×1024×197.5 MeV≈8.1×1013J.此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word 可编辑版本！。
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第2节 核裂变1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．(重点)2.知道什么是链式反应．3．会计算重核裂变过程中释放出的能量．(重点＋难点) 4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．[学生用书P55]一、重核的裂变1.核裂变：像中子轰击铀核分裂成质量相近的两部分那样，重核分裂成质量较小的核的反应，称为核裂变．2.裂变能：核裂变释放的能量，也称核能或原子能．3.铀核的裂变(1)两种常见的核反应方程：23592U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210n 235 92U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n(2)铀核裂变释放的能量是巨大的，裂变反应中每个核子释放的能量约为1__MeV ．1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．( ) (2)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．( ) 提示：(1)× (2)×二、链式反应1.链式反应：当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出2～3个中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断地继续下去，成为链式反应．2.发生条件(1)有持续不断的中子源． (2)达到临界体积．发生链式反应为何会有临界体积呢？提示：原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙．如果铀块的体积不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去．三、裂变反应堆1.用人工的方法控制链式反应的速度，人们制成了核反应堆，它是能维持和控制核裂变的装置．2.核反应堆包含堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．堆芯又由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．2．(1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核．( ) (2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( ) (3)核反应堆用过的核废料无毒无害．( ) 提示：(1)× (2)√ (3)×重核的裂变及链式反应[学生用书P56]1.裂变的发现：1938年12月，德国化学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步．2.裂变的解释：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核力减小不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状最后分裂成两部分，同时放出中子．3.裂变过程为什么能放出能量中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.23592U 的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210n 235 92U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n在重核裂变过程中，核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，但反应前后质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量．已知m (23592U)＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 7 u ，m (14156Ba)＝140.913 9 u ，m (9236Kr)＝91.897 3 u ，且1 u 质量对应的能量为931.56 MeV裂变前：m 1＝(235.043 9＋1.008 7) u ＝236.052 6 u 裂变后：m 2＝(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u ＝ 235．837 3 u质量亏损：Δm ＝0.215 3 u释放能量：ΔE ＝0.215 3×931.56 MeV ＝200.56 MeV. 4.重核裂变的条件(1)重核的裂变只能发生在人为的核反应中，自然界中不会自发地产生裂变，而是发生衰变．(2)要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使其分裂，并放出更多的中子，这些中子再去轰击更多的铀核，产生更多的中子，就形成了链式的反应．如图所示(3)链式反应速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放引起剧烈爆炸(如原子弹)．如果运用一定方法加以控制就可以和平利用这种巨大的能量(如核电站、核潜艇等)．(1)235 92U裂变的产物是多种多样的，但裂变反应的依据是实验事实，不能仅凭反应前后质量数和电荷数守恒编造裂变反应．(2)裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去①要有足够浓度的铀235；②要有足够数量的慢中子；③铀块的体积大于临界体积．关于重核的裂变，以下说法正确的是( )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能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能[思路点拨] 重核裂变问题，要注意明确下列三点：(1)原子核裂变时核能的来源；(2)链式反应能够发生的条件；(3)裂变反应遵循的规律．[解析] 根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．因此其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、核电荷数均守恒，即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、B、C均错；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，故选D.[答案] D在重核的裂变反应中仍然遵循质量数守恒与核电荷数守恒．核能的利用[学生用书P57]1.原子弹杀伤力强大的原因：核能在极短时间内释放出来．核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．2.核反应堆——核电站的心脏：裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理见下表：组成部分材料作用裂变材料浓缩铀(235 92U)提供核燃料(核燃料)续组成部分材料作用慢化剂(减速剂)石墨、重水或普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子，控制反应速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸气，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是 ( ) A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度[思路点拨] 本题考查对反应堆中各种材料的用途的认识．[解析] 镉棒不是离子源不会释放中子，A错误；也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出少吸收中子，故C正确．[答案] C现已建成的核电站的能量来自于( )A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量解析：选 C.核电站的核心设施就是核反应堆，核反应堆的核心技术就是用人工的方法控制重核裂变链式反应的速度，所以核电站的能量来自重核裂变放出的能量．裂变核能的计算[学生用书P58]现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：235 92U ＋10n ―→143 60Nd ＋A Z Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋ν(1)核反应方程中的ν是中微子，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(U)核的质量为235.049 3 u ，中子质量为1.008 7 u ，钕(Nd)核质量为142.909 8 u ，锆核质量为89.904 7 u ．又知1 u ＝1.660 6×10－27kg ，试计算1 kg 铀235大约能产生的能量是多少？[思路点拨] 根据核反应前后质量数和电荷数守恒确定锆(Zr)的质量数和电荷数，先求一个23592U 裂变释放出的能量，再求1 kg 23592U 的原子核数，最后求出1 kg 23592U 裂变释放的能量．[解析] (1)根据电荷数和质量数守恒，可得 Zr 的电荷数Z ＝92－60＋8＝40， 质量数A ＝236－143－3×1＝90. (2)质量亏损Δm ＝(m U ＋m n )－(m Nd ＋m Zr ＋3m n )＝0.217 4 u. 一个铀核裂变释放能量ΔE ＝Δm ×931.56 MeV ＝0.217 4×931.56 MeV ≈202.5 MeV ， 1kg 铀核含有的原子核数为n ＝1 000235×6.02×1023个≈2.562×1024个， 1kg 铀核产生的能量E 总＝n ·ΔE ＝2.562×1024×202.5 MeV≈5.2×1026MeV ＝5.2×1026×106×1.6×10－19J≈8.3×1013 J.[答案] (1)40 90 (2)8.3×1013J[随堂检测] [学生用书P58]1.铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( ) A ．铀块的质量是重要因素，与体积无关B ．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子C ．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生D ．能否发生链式反应与铀块的质量无关解析：选 C.要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须大于临界体积，但铀核的质量无论怎样，只要组成铀块的体积小于临界体积，则不会发生链式反应，裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变．如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A 、B 、D 错误，C 正确．2.(多选)下列核反应方程及其表述正确的是( ) A.94Be ＋42He ―→126C ＋10n 是人工核转变 B.22892U ―→22490Th ＋42He 是α衰变C.23592U ＋10n ―→9236Kr ＋14156Ba ＋310n 是裂变反应 D.2411Na ―→2412Mg ＋ 0－1e 是裂变反应解析：选ABC.A 是人工核转变，B 是α衰变，C 是裂变，D 是β衰变，故D 不正确． 3.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成( ) 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、碰撞系统和传热系统 D ．原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统解析：选A.根据核反应堆的基本特点及组成确定．故正确答案为A.4.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )A ．核能发电对环境的污染比火力发电要小B ．核能发电对环境的污染比火力发电要大C ．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能D ．重核裂变是比较清洁的能源，污染较小解析：选ACD.目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，但也有一定的污染，故A 、C 、D 正确，B 错误．5.二战末期，美国在日本广岛投下的原子弹相当于2万吨TNT 炸药释放的能量，已知1 kg TNT 炸药爆炸时释放的能量是4.2×106J ，则该原子弹含有纯23592U 多少千克？(1个23592U 原子核裂变时放出200 MeV 能量，阿伏伽德罗常数N A ＝6.02×1023个/mol)解析：2万吨TNT 炸药爆炸时放出的能量E ＝2×107×4.2×106J ＝8.4×1013J ， 1个23592U 原子核放出的能量ΔE ＝200 MeV ， 设纯235 92U 的质量为M ，则E ＝N ΔE ＝M235N A ΔE ，故M ＝235E N A ΔE ＝235×8.4×10136.02×1023×200×106×1.6×10－19 g ≈1.0×103g ＝1.0 kg.答案：1.0 kg[课时作业] [学生用书P101(独立成册)]一、单项选择题1.下列关于重核裂变的说法中正确的是( )A．裂变过程中释放能量B．裂变过程中吸收能量C．反应过程中质量增加D．反应过程中质量不变解析：选A.重核裂变成两个或多个中等质量的原子核，质量减少，释放出能量．2.在核反应堆外修建很厚的水泥墙是为了防止( )A．核爆炸B．放射线外泄C．核燃料外泄D．慢中子外泄解析：选B.核反应堆的核燃料一般是铀235，它具有很强的放射性，其衰变时放出的射线能对人体造成极大的伤害，在其外修建很厚的水泥墙就是为了防止放射线外泄，B正确．3.人类通过链式反应利用核能的方式有( )A．利用可控制的快中子链式反应，制成原子反应堆B．利用不可控制的快中子链式反应，制成原子弹C．利用可控制的慢中子链式反应，制成原子弹D．利用不可控制的慢中子链式反应，制成原子弹解析：选 B.原子弹爆炸时，铀块的体积大于临界体积，快中子直接被铀核吸收，发生裂变反应，放出核能，链式反应速度不可控制，极短的时间内释放出大量的核能；原子核反应堆释放核能的速度是稳定的，链式反应的速度可以控制，因此答案选B.4．中国承诺到2020年碳排放量下降40%～45%.为了实现负责任大国的承诺，我国将新建核电站项目．目前关于该电站获取核能的基本核反应方程可能是( )A.235 92U＋10n―→9038Sr＋136 54Xe＋1010nB.2411Na―→2412Mg＋0－1eC.14 7N＋42He―→17 8O＋11HD.238 92U―→234 90Th＋42He解析：选 A.目前已建成的核电站的能量来源于重核的裂变，重核的裂变是指质量数较大的原子核分裂成两个中等质量的原子核，A是裂变反应，A正确；B为β衰变，C是发现质子的反应，D是α衰变．5.下面是铀核裂变反应中的一个为23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n，已知铀235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135.907 2 u，则此核反应中( )A ．质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2) uB ．质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7) MeVC ．释放总能量为ΔE ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2JD ．释放总能量为ΔE ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV解析：选D.质量亏损是反应物与生成物之差，差值可用“u ”或“kg ”作单位，前者直接用1 u 的亏损放出931.5 MeV 的能量计算，后者核能的单位是焦耳．6.1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV 的能量，则1 g 纯铀235完全发生核反应放出的能量为(N A 为阿伏伽德罗常数)( )A ．N A ×196 MeVB ．235N A ×196 MeVC ．235×196 MeVD.N A235×196 MeV 解析：选D.由于1 mol 的铀核质量为235 g ，1 g 铀235 摩尔数为1235，因此1 g 铀235释放的能量E ＝N A235×196 MeV ，故D 正确． 7.一个235 92U 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235 92U ＋10n ―→abX ＋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解析：选A.由质量数守恒和电荷数守恒知：235＋1＝a ＋94＋2×1，92＝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 对，B 错；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．二、多项选择题8.镉棒在核反应堆中所起的作用是( ) A ．使快中子变成慢中子 B ．吸收中子 C ．使反应速度加快D ．控制反应速度，调节反应速度的快慢解析：选BD.在核反应堆中，石墨起使快中子变为慢中子的作用．镉棒又叫控制棒，起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用，故B 、D 正确．9.关于铀核裂变，下述说法正确的是( )A ．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核B ．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子C ．为了使裂变的链式反应容易进行，最好用纯235UD ．铀块的体积对产生链式反应是有影响的解析：选BCD.铀核受到中子的冲击，会引起裂变，裂变的产物是各种各样的，具有极大的偶然性．但裂变成两块的情况比较多， 也有的分裂成多块，并放出几个中子，235U 受中子的轰击时，裂变的概率大．而238U 只有俘获能量在1 MeV 以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B 、C 、D 正确．10．核反应堆是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能.23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，X 是某种粒子，a 是X 粒子的个数，用m U 、m Ba 、m Kr 分别表示235 92U 、141 56Ba 、9236Kr 核的质量，m X 表示X 粒子的质量，c 为真空中的光速，以下说法正确的是( )A ．X 为中子，a ＝2B ．X 为中子，a ＝3C ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －2m X )c 2D ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －3m X )c 2解析：选BC.核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 中X 为10n ，a ＝3，则A 错，B 对；由ΔE ＝Δmc 2可得：ΔE ＝(m U ＋m X －m Ba －m Kr －3m X )c 2＝(m U －m Ba －m Kr －2m X )c 2，则C 对，D 错．三、非选择题11.一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV ，问此衰变后23490Th 核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：据题意知，此α衰变的衰变方程为238 92U →234 90Th ＋42He根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ①式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度的大小．由题设条件知12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③式中E k ＝4.27 MeV 是α粒子与Th 的总动能．由①②③式得 12m Th v 2Th ＝m αm α＋m ThE k 代入数据得，衰变后23490Th 核的动能 12m Th v 2Th ＝0.07 MeV. 答案：0.07 MeV12.在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势．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，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n 为中子，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为________，a ＝________，m U 、m Ba 、m Kr 分别表示23592U 、14156Ba 、9236Kr 核的质量，m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光子在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝__________________________．(2)有一座发电能力为P ＝1.00×106kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE ＝2.78×10－11J ，23592U 核的质量m U＝390×10－27kg.求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量．解析：(1)依据核电荷数守恒和质量数守恒定律可判断X 为中子()10n ，且a ＝3，据爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2，即ΔE ＝[m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2.(2)因核电站的核能转化效率为40% 故核电站消耗23592U 的功率为 P ′＝P40%＝10640% kW ＝2.5×106 kW则核电站每年消耗23592U 所释放的能量为E ＝P ′t ＝2.5×106×103×3.15×107 J＝7.875×1016J 故每年消耗235 92U 的质量为m ＝EΔE ·m U ＝7.875×10162.78×10－11×390×10－27kg ≈1 105 kg. 答案：(1)10n 3 [m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2(2)1 105 kg。