2018版高中物理3.4裂变和聚变课件

5×5.6×10-13 (3×108 )2 Δ������ ������2
=
kg=3.1×10-29 kg。
4 答案 : (1)1 n 2 He 0 (2)3.1×10-29 kg
类型一
类型二
题后反思和一切核反应一样,求核聚变中释放的核能,首先要正确 写出聚变方程,求出反应中的质量亏损,利用ΔE=Δmc2求得反应中 释放的核能。
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解析:质量亏损是反应物与生成物质量之差,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。 答案:BD
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4原子核聚变有望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子 体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出 能量。这几种反应的总效果可以表示 2 4 1 为61 H → ������2 He + ������1 H + 21 ) 0 n+43.15 MeV,由平衡条件可知( A.k=1,d=4 B.k=2,d=2 C.k=1,d=6 D.k=2,d=3 解析:由质量数守恒和电荷数守恒,分别有4k+d=10,2k+d=6,解得 k=2,d=2。正确选项为B。 答案:B
你知道核电站中的反应堆里发生的是什么核反应吗? 答案:重核的裂变反应。
一
二
二、核聚变和受控热核反应 1.两个轻核结合成质量较大的核,这样的核反应叫作聚变。 2.物质的温度达到几百万摄氏度时,剧烈的热运动使得一部分原 子核具有足够的动能,可以克服库仑斥力,碰撞时十分接近,发生聚 变,聚变又叫热核聚变。 3.为了实现核聚变,可以用磁场约束参加反应的物质,使其不致飞 散;也可以利用聚变物质的惯性进行约束。环流器是目前最好的一 种磁约束装置。
2 3 【例题 2】 热核反应所进行的聚变过程是 1 H+ 1 H→ 4 2 He + 1 2 3 0 n, 反应原料氘 ( 1 H)富存于海水中 , 而氚( 1 H)是放射性元素 , 自然界中不存在, 但可以通过中子轰击锂核( 6 3 Li) 的人工核转变得到。 3 (1)请把下列用中子轰击锂核( 6 3 Li)产生一个氚核 ( 1 H) 和一个新核的人工核转变方程填写完整: 6 3 → + 1 H。 3 Li + (2)一个氘核和一个氚核发生核聚变时,平均每个核子释放的能 量为 5.6×10-13 J,求该核聚变过程中的质量亏损。
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5 科学家发现在月球上含有丰富的 2 He(氦3)。 它是一种高效、 清洁、 安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为 2 He + He → 聚变 , 下列表述正确的是( A.聚变反应不会释放能量 B.聚变反应产生了新的原子核 C.聚变反应没有质量亏损
2 3 3 1 4 21 H+2 He。关于 2 He 3
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1 136 3 下面是铀核裂变反应中的一个: 235 92 U + 0n → 54 Xe + 90 1 38 Sr + 100 n, 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(u 为原子质量单位,1 u 相当于 931.5 MeV 的能量)( ) A.质量亏损为 Δm= 235.043 9 u+ 1.008 7 u-89.907 7 u-135.907 2 u B.质量亏损为 Δm=(235.043 9+1.008 7-89.907 7-135.907 2-10×1.008 7) u C.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)2 J D.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
3 2 1 例如:1 H+1 H→4 2 He+0 n + 17.6 MeV 平均每个核子放出的能量在3 MeV以上,比裂变反应中平均每个 核子放出的能量大3~4倍。
一
二
三
三、裂变与聚变的比较 1.原理不同 重核的裂变是重核裂变成几个质量较小的原子核,而聚变是几个 轻核聚变(结合)成质量较大的原子核。 2.放出能量的多少不同 聚变比裂变能放出更多的能量。
类型一
类型二
触类旁通两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核 ,已知氘核质量 mD=2.013 6 u,氦核质量 mHe=3.015 0 u,中子质量 mn=1.008 7 u。 计算 释放出的能量 (1 u=1.660 5×10-27 kg)。
2 3 解析 :(1)核反应方程为 1 H+1 H→1 0 n+2 He 该反应质量亏损 Δm=2mD-mHe-m n=0.003 5 u=5.8×10-30 kg 由质能方程得释放核能 ΔE=Δmc2=5.8×10-30 kg×(3.0×108 m/s) 2=5.2×10-13 J。 答案 :5.2×10-13 J 2
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2 一个 235 92 U 原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应 , 1 94 1 其裂变方程为 235 U + n →X + Sr + 2 92 0 38 0 n, 则下列说法正确的是 ( ) A.X 的原子核中含有 86 个中子 B.X 的原子核中含有 141 个核子 C.因为裂变释放能量,出现质量亏损 ,所以裂变后的总质量数减少 D. 235 92 U 是天然放射性元素 , 它的半衰期约为 7 亿年 ,随着地球环境 的不断变化,半衰期可能变短也可能变长 解析 :由核反应规律可知,X是 140 54 Xe,X 中有 140 个核子、 86 个中 子 ,A 项正确 ,B 项错误 ;裂变过程质量亏损 ,总质量数守恒,C 错误 ;半 衰期由核本身的因素决定,与外界条件无关,D 错误。 答案 :A
一
二
太阳会“死”吗? 提示:由于太阳能量的增长与半径的增长不相称,太阳表面的温 度将比现在低,从而变成一颗红巨星。这颗红巨星再经过几十亿年 后,氦燃料也将消耗完毕。像第一次消耗完氢燃料一样,太阳的内 核又会收缩,内部温度上升。对于很大的恒星来说,这一次坍缩会 导致碳元素的聚变。然而,由于太阳的质量不足以产生碳聚变,这 样它将变成一颗白矮星。随着内部温度和光度的降低,最终变成一 颗不发光的黑矮星。
一
二
三
3.“燃料”的丰富程度不同 聚变所需要的“燃料”——氘在地球上非常丰富,1 L海水中大 约有0.03 g氘,如果用来进行热核反应,放出的能量约和燃烧300 L汽 油相当;而裂变燃料——铀在地球上储量有限,尤其是用于核裂变 的铀235,在铀矿中仅占0.7%,相比起来聚变的燃料——氘要丰富得 多,我国是一个“贫铀”国家,贮藏量不多。 4.两种反应的可控制性不同 裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制,因此,现在国际上 的核电站都是利用裂变放出能量;而聚变反应的可控制性比较困难, 世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术。
题后反思求解核裂变释放出的核能,要正确写出核反应方程,求出 反应过程中的质量亏损Δm,用ΔE=Δmc2计算出裂变过程中释放的 核能。
类型一
类型二
触类旁通完成如下核裂变反应方程
235 92 95 139 U+1 0 n→38 Sr+54 Xe + 2
答案:1 0n
类型一
类型二
类型二 计算核聚变中释放的核能
一
二
三
一、铀核的裂变 1.一种典型的铀核裂变反应:
235 92 141 92 1 U+1 0 n→56 Ba+36 Kr + 30 n。
2.原子弹内部的链式反应是不可控制的,核电站中的反应堆里的 链式反应是在人工控制下进行的。链式反应过程中都能释放出巨 大的核能。
一
二
三
二、轻核的聚变 使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15 m的近距离。轻核 聚变要比裂变释放更多的能量。
类型一
类型二
点拨 :利用核反应规律可以完成核反应方程,由核反应方程可以 判断 6 3 Li 核转变的个数。已知核聚变时平均每个核子释放的能量, 释放的总能量等于反应的核子数与单个核子释放的能量的乘积,利 用 ΔE=Δmc2 求得质量亏损。 1 4 3 解析 :(1) 6 3 Li + 0n → 2 He + 1 H。 (2)根据爱因斯坦质能方程 ΔE=Δmc2,核聚变中有 5 个核子参加 了反应 ,所以该核聚变中的质量亏损 Δm=
类型一
类型二
类型一
计算核裂变中释放的核能
235 92 U), 141 92 56 Ba)和氪 ( 36 Kr)两部分 , 1 141பைடு நூலகம்235
【例题 1】 用中子轰击铀核( 其中的一个可能反应是分裂成钡(
92 36
放出3 个中子。分别用 m 1、m 2、m 3、m 4 表示 92 U、0 n、56 Ba 和 Kr 的质量, 试写出核反应方程, 算出反应中释放的核能。 点拨 :利用核反应规律可以写出裂变方程,由 ΔE=Δmc2 可以求 解裂变过程中释放的核能。
类型一
类型二
解析 :此铀核裂变方程为 1 235 141 92 1 0n + 92 U → 36 Kr + 30 n 56 Ba + 则核反应前后的质量亏损为 Δm=m1+m2-m3-m 4-3m 2=m1-m 3-m4- 2m2 由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为 ΔE=Δmc2=(m1-m3-m4-2m 2)c2。 235 141 92 1 答案: 1 0n + 92 U → 36 Kr + 30 n 56 Ba + (m1-m3-m 4-2m 2)c2