高中物理第十九章原子核粒子和宇宙课堂互动学案新人教选修
高中物理第十九章原子核原子核的组成课堂互动学案新人教选修
1 原子核的组成课堂互动三点剖析一、天然放射现象1.1896年，贝克勒耳发现某些铀盐能放出看不见的射线，使包在厚黑纸里的胶片感光，发现天然放射现象.2.原子序数大于83的天然元素，都不稳定，会自发地衰变为另一种元素；原子序数小于83的天然元素，也有一些有放射性.二、放射线的本质种类α射线β射线γ射线本质氦核电子光子1质量(u) 418400 电荷(e) +2 -10 速度(c) 0.1 0.991 电离性最强较强最弱贯穿性最弱，纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板1.原子核是可再分的.α粒子只能是从原子核内放出来的；β粒子所具有的能量是核外电子不可能达到的，只能是从原子核内放出来的；γ射线是能量很高的光子，核外电子能级跃迁辐射光子的能量不可能达到γ光子所具有的能量，γ光子只能是原子核内部放出来的.2.研究表明，元素的放射性与它以单质或化合物的形式存在无关，且天然放射现象不受任何物理变化、化学变化的影响，这种性质说明了：元素的放射性是稳定的，是由元素的原子核决定的，射线是从元素的原子核中放出的，原子核是具有结构的.3.质子数Z：原子的核电荷数，就是元素的原子序数；质量数A：原子核的质量等于质子质量和中子质量之和，质量数就是原子核内的核子数；中子数等于质量数(核子数) A减质子数.4.同位素同种元素的不同种同位素的原子序数相同，它们的核电荷数相同，具有相同的化学性质；同种元素的各种同位素的中子数不同，它们的物理性质有差异.各个击破【例1】天然放射现象的发现揭示了( )A.原子不可再分B.原子的核式结构C.原子核还可再分D.原子核由质子和中子组成解析：1896年，德国物理学家贝克勒耳首先发现了天然放射现象，首次揭示了原子的可分性，即原子不是单一的粒子，原子也具有复杂结构，选项C正确，A错误.天然放射现象并不能确定原子核的具体结构如何，故选项B、D错误.答案：C【例2】如图19-1-1所示，铅盒A中装有天然放射性物质，放射线从其右端小孔中水平向右射出，在小孔和荧光屏之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，则下列说法中正确的有( )图19-1-1A.打在图中a 、b 、c 三点的依次是α射线、γ射线和β射线B.α射线和β射线的轨迹是抛物线C.α射线和β射线的轨迹是圆弧D.如果在铅盒和荧光屏间再加一竖直向下的匀强电场，则屏上的亮斑可能只剩下b解析：由左手定则可知粒子向右射出后，在匀强磁场中α粒子受的洛伦兹力向上，β粒子受的洛伦兹力向下，轨迹都是圆弧.由于α粒子速度约是光速的1/10，而β粒子速度接近光速，所以在同样的混合场中不可能都做直线运动(如果一个打在b 点，则另一个必然打在b 点下方). 答案：AC【例3】 在α粒子轰击金箔的散射实验中，α粒子可以表示为He 42,He 42中的4和2分别表示( )A.4为核子数，2为中子数B.4为质子数和中子数之和，2为质子数C.4为核外电子数，2为中子数D.4为中子数，2为质子数解析：根据He 42所表示的物理意义，原子核的质子数决定核外电子数，原子核的电荷数就是核内的质子数，也就是这种元素的原子序数.原子核的质量数就是核内质子数和中子数之和，即为核内的核子数.元素符号的左下角表示的是质子数或核外电子数，即为2.He 42符号左上角表示的是核子数，即为4，故选项B正确.答案：B【例4】 两个同位素原子核符号分别为X M A和Y N B ，则正确的是( )A.M=NB.A=BC.M-A=N-BD.M-N=A-B解析：元素符号的左下角表示的是质子数，左上角表示的是核子数，互为同位素的原子质子数相同，选项B 正确. 答案：B类题演练 下列有关12C 和14C 的说法中，正确的是( )A.它们有相同的质子数B.它们有相同的中子数C.它们有相同的化学性质D.它们有相同的物理性质解析：同位素在元素周期表上具有相同的位置，具有相同的化学性质.同位素的中子数不同，物理性质有差异. 答案：AC高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
高中物理第十九章原子核七核聚变八粒子和宇宙学案新人教选修
七、核聚变 八、粒子和宇宙【学习目标】1．知道核聚变反应。
2．关注受控聚变反应研究的进展。
3．通过核能的利用，思考科学技术与社会进步的关系。
4．初步了解粒子物理学的基础知识，了解恒星的演化。
5．学生在学习中了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文净胜。
【新知预习】一．核聚变1．核聚变的发生(1)两个________结合成质量较大的核，这样的核反应叫聚变．聚变后比结合能________，因此反应中会________能量．(2)要使氢核发生聚变，必须使它们的距离达到________以内，核力才起作用．由于原子核都带正电，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的________．(3)轻核聚变需在几百万开尔文的高温下才能进行，因此，轻核聚变又叫________反应． (4)氢弹原理：首先由普通炸药引爆原子弹，再由爆炸产生的________引发热核爆炸． (5)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的________． 2．受控热核反应(1)聚变与裂变相比有很多的优点．①轻核聚变产能________，②地球上聚变燃料的储量________，③轻核聚变更为安全、清洁．(2)科学家设想的受控热核反应有两种方案：即________和________． 【疑难点拨】 1．聚变发生的条件(1)微观上，参与反应的原子核大小的尺寸范围，即10－15m ，所有的核都带有正电，相互间存在着库仑排斥力．要使原子接近这种程度，必须使它们具有很大的动能来克服原子核之间强大的库仑斥力．(2)宏观上，要使原子核具有如此大的动能，就有把它加热到几百万摄氏度以上的高温． (3)聚变反应方程式： 21H ＋31H→42He ＋10n2．热核反应的优越性(1)相同质量的核燃料，热核反应所释放的能量比较多． (2)热核反应产物基本上是稳定的氦核，生成的废物易处理． (3)热核反应所用的燃料——氘在地球上储量丰富． 二．粒子和宇宙1．基本粒子和新粒子(1)19世纪末，人们认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，但电子、质子和中子的发现使人们知道是可以再分的，于是人们把光子、电子、质子和中子叫做________．(2)1932年发现了________，1937年发现了1946年发现了K 介子和μ介子，后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做________．(3)实验中发现，对应着许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及其他一些物理性质________的粒子，叫做反粒子．(4)按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：______、______和媒介子．(5)强子是参与________的粒子，最早发现的轻子是________，媒介子是传递各种相互作用的粒子，如光子传递各种相互作用．2．夸克模型强子由更基本的成分组成，这种成分叫做夸克，夸克有6种，它们是 、下夸克、 、粲夸克、 、顶夸克，它们带的电荷分别为元电荷的________或________，每种夸克都有对应的反夸克．【导析探究】 导析一.核聚变例1 某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论其中的两个核反应方程为11H ＋C 126→N 137＋Q 1，11H ＋N 157→C 126＋X ＋Q 2A．221221C．X是32He，Q2<Q1 D．X是42He，Q2<Q1例2 下列关于聚变的说法中，正确的是( )A．要使聚变产生，必须克服库仑斥力做功B．轻核聚变需要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫热核反应C．氢弹利用普通炸药引发热核反应D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应【当堂检测】1．关于已建成核电站，下列说法中正确的是( )A．它们都是利用核聚变释放原子能的B．它们都是利用核裂变释放原子能的C．两者的核燃料都是纯铀235D．有的核电站利用核裂变释放原子能，有的核电站利用核聚变释放原子能2．太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的( ) A．衰变反应 B．人工核反应 C．裂变反应 D．热核反应3．关于聚变，以下说法中正确的是( )A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能4．下列核反应方程及其表述都正确的是( )A．32He＋21H→42He＋11H是聚变反应B．23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n是裂变反应C．21H＋31H→42He＋10n是聚变反应D．2411Na→2412Mg＋e0是裂变反应12019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图所示,一个带正电荷q、质量为m的小球,从光滑绝缘斜面轨道的A点由静止下滑,然后沿切线进入竖直面上半径为R的光滑绝缘圆形轨道,恰能到达轨道的最高点B.现在空间加一竖直向下的匀强电场,若仍从A点由静止释放该小球(假设小球的电荷量q在运动过程中保持不变,不计空气阻力),则（）A．小球一定不能到达B点B．小球仍恰好能到达B点C．小球一定能到达B点,且在B点对轨道有向上的压力D．小球能否到达B点与所加的电场强度的大小有关2．关于牛顿第一定律和惯性有下列说法，其中正确的是（）A．由牛顿第一定律可知，物体在任何情况下始终处于静止状态或匀速直线运动状态B．行星在圆周轨道上保持匀速率运动的性质是惯性C．牛顿第一定律只是反映惯性大小的，因此也叫惯性定律D．运动物体如果没有受到力的作用，将继续以同一速度沿同一直线运动3．吴菊萍徒手勇救小妞妞，被誉为“最美妈妈”。
高中物理第十九章原子核第7、8节核聚变粒子和宇宙教学案新人教版选修3-5(2021年整理)
2017-2018学年高中物理第十九章原子核第7、8节核聚变粒子和宇宙教学案新人教版选修3-5编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2017-2018学年高中物理第十九章原子核第7、8节核聚变粒子和宇宙教学案新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
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第7、8节核聚变__粒子和宇宙1．两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫聚变.2．约束核聚变材料的方法：磁约束和惯性约束。
3．粒子分为三大类，有媒介子、轻子、强子.美国物理学家盖尔曼提出，强子是由夸克构成的。
一、核聚变1．定义两个轻核结合成质量较大的原子核的反应。
2．条件(1)轻核的距离要达到10－15_m以内。
（2）聚变可以通过高温来实现，因此又叫热核反应。
3．核反应举例（1）热核反应主要应用在核武器上，如氢弹。
（2）热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆。
（3）典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变,错误!H＋错误!H→错误!He＋错误!n＋γ该反应平均每个核子放出的能量比裂变反应平均每个核子放出的能量大3～4倍。
4．聚变与裂变相比有很多优点（1)轻核聚变产能效率高。
（2）地球上聚变燃料的储量丰富。
（3)轻核聚变更为安全、清洁。
5．实现核聚变的方法(1)难点：地球上没有任何容器能够经受几百万开尔文的高温.（2)方案：科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束，环流器是目前性能最好的一种磁约束装置。
二、粒子和宇宙1．“基本粒子”不基本(1）19世纪末,人们认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒。
高中物理 第十九章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙学案 新人教版选修3-5(2021年最新整理)
高中物理第十九章原子核7 核聚变8 粒子和宇宙学案新人教版选修3-5 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（高中物理第十九章原子核7 核聚变8 粒子和宇宙学案新人教版选修3-5）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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7 核聚变8 粒子和宇宙学习目标知识脉络1.知道聚变反应,关注受控聚变反应研究的进展．2．通过核能的利用，思考科学技术与社会进步的关系．3．初步了解粒子物理学的基础知识及恒星演化．4．了解、感受科学发展过程中蕴藏着的科学和人文精神。
核聚变错误!1．定义两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．2．举例错误!H＋错误!H→错误!He＋错误!n＋17.6 MeV3．条件（1）轻核的距离要达到10－15_m以内．(2）需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．4．优点(1）轻核聚变产能效率高．（2)地球上聚变燃料的储量丰富．（3)轻核聚变更为安全、清洁．5．约束方法磁约束和惯性约束．错误!1．核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时小一些．（×)2．轻核的聚变只要达到临界质量就可以发生．（×)3．现在地球上消耗的能量绝大部分来自太阳内部的聚变反应．（√）［后思考］1．核聚变为什么需要几百万度的高温?【提示】要使轻核发生聚变就必须使它们间的距离达到核力发生作用的距离，而核力是短程力，作用距离在10－15 m,在这个距离上时，质子间的库仑斥力非常大，为了克服库仑斥力就需要原子核具有非常大的动能才会撞到一起,当温度达到几百万度时,原子核就可以具有这样大的动能．2．受控核聚变中磁约束的原理是什么?【提示】原子核带有正电，垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，绕着一个中心不断旋转而不飞散开，达到约束原子核的作用．错误!氢弹是核武器的一种,其杀伤破坏因素与原子弹相同，但威力比原子弹大得多，但要使氢弹内发生轻核聚变反应必须有极高的温度和足够大的碰撞几率．探讨1：怎样才能引发氢弹爆炸？【提示】首先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氢弹爆炸．探讨2：为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？【提示】因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大．错误!1．聚变发生的条件要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15m，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应从比结合能的图线看,轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．核聚变的特点（1)在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释放更多的能量．（2）热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去．(3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳就是一个巨大的热核反应堆．4．核聚变的应用(1）核武器——氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚变反应装置。
2024年高中物理第十九章原子核第6节_第8节粒子和宇宙核裂变核聚变学案新人教版选修3_5
第6节 核裂变第7节 核聚变第8节 粒子和宇宙1.知道重核的裂变产物和链式反应发生的条件．2.知道核聚变，了解受控聚变反应．3.会推断和书写核裂变、核聚变方程，能计算核反应释放的能量．4.知道粒子的分类及其应用，了解夸克模型．5.了解宇宙起源的大爆炸学说及恒星的演化．一、核裂变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 →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ． 3．链式反应：当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中子再引起其他重核裂变，且能不断接着下去，这种反应叫核裂变的链式反应．4．链式反应的条件：发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的质量大于临界质量．二、核电站1．核电站：利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：(1)燃料：铀棒．(2)慢化剂：铀235简单捕获慢中子发生反应，采纳石墨、重水或一般水作慢化剂．(3)限制棒：为了限制能量释放的速度，就要想方法调整中子的数目，采纳在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉汲取中子的特性，就可以简单地限制链式反应的速度．2．工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度上升．3．能量输出：利用水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流淌，用于发电．4．核污染的处理：在反应堆的外面须要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变反应放出的各种射线，核废料具有很强的放射性，须要装入特制的容器，深埋地下．三、核聚变与受控热核反应1．核聚变(1)定义：两个轻核结合成质量较大的核，并释放出能量的反应．(2)举例：21H ＋31H →42He ＋10n ＋17.6 MeV(3)条件①轻核的距离要达到10－15 m 以内．②须要加热到很高的温度，因此又叫热核反应．(4)应用：目前，热核反应主要用在核武器上，那就是氢弹，须要用原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸．(5)太阳能：太阳的主要成分是氢，太阳中心温度可达1.5×107K ，在此高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，太阳能就来自于太阳内部聚变释放的核能．2．受控热核反应(1)聚变的优点：第一：轻核聚变产能效率高．其次：地球上聚变燃料的储量丰富．第三：轻核聚变更为平安、清洁，限制温度，可限制反应，而且生成的废物数量少、易处理．(2)聚变的难点：地球上没有任何容器能够经受热核反应的高温．(3)限制方法①磁约束：利用磁场约束参与反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器． ②惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用激光从各个方向照耀反应物，使它们“挤”在一起发生反应．四、粒子和宇宙1．“基本粒子”不基本(1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中子是基本粒子．(2)随着科学的发展，科学家们发觉了很多的新粒子并不是由以上基本粒子组成的，并发觉质子、中子等本身也有困难结构．2．发觉新粒子(1)新粒子：1932年发觉了正电子，1937年发觉了μ子，1947年发觉了K 介子和π介子及以后的超子等．(2)粒子的分类：依据粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子．3．夸克模型：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的，带电量为＋23e 或－13e . 4．宇宙的演化宇宙大爆炸――→约10－44s 后温度为1032K ，产生了夸克、轻子、胶子等粒子――→约10－6s 后温度下降到1013K 左右，强子时代→温度下降到1011K 时，轻子时代→温度下降到109K 时，核合成时代――→一万年后温度下降到104K ，混合电离态→温度下降到3 000 K 时，中性的氢原子――→接着冷却恒星和星系．5．恒星的演化：宇宙尘埃→星云团→恒星诞生→氢核聚合成氦核→氦核聚合成碳核→其他聚变过程→无聚变反应，形成白矮星或中子星或黑洞．判一判(1)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地进行下去．( )(2)中子的速度越快，越简单发生铀核裂变．( )(3)核聚变时汲取能量．( )(4)核聚变平均每个核子放出的能量，比裂变反应中平均每个核子放出的能量大．( )(5)夸克模型指出电子电荷不再是电荷的最小单元．( )(6)恒星在辐射产生的向外的压力与引力产生的收缩压力平衡阶段停留时间最长．( )提示：(1)√(2)×(3)×(4)√(5)√(6)√做一做(多选)如图是慢中子反应堆的示意图，对于核反应堆，下列说法中正确的是( )A．铀235简单汲取快中子发生裂变反应B．快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量削减，变成慢中子，慢中子简单被铀235俘获而引起裂变反应C．限制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使限制棒插入深一些，让它多汲取一些中子，链式反应的速度就会慢一些D．若要使裂变反应更激烈一些，应使限制棒插入深一些，使大量快中子碰撞限制棒后变成慢中子，链式反应的速度就会快一些提示：选BC．依据铀235的特点，它更简单汲取慢中子而发生裂变，A错误；在反应堆中减速剂的作用就是削减快中子能量从而更易让铀235汲取引起裂变反应，B正确；链式反应的猛烈程度取决于裂变释放出的中子总数，镉限制棒可以汲取中子，因而可以限制核反应的快慢，即插入的深，汲取的多，反应将变慢，反之将加快，C正确，D错误．核裂变与核能的计算1．常见的裂变方程(1)235 92U＋10n→139 54Xe＋9538Sr＋210n(2)235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n2．链式反应发生的条件(1)铀块的体积大于临界体积．体积超过临界体积时，保证中子能够遇到铀核．(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假如按200 MeV估算，1 kg铀235全部裂变放出的能量相当于2 800 t标准煤完全燃烧释放的能量，裂变时能产生几百万度的高温．命题视角1 对重核裂变的理解关于重核的裂变，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，肯定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要削减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] 依据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，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，其释放的能量远大于其俘获中子时汲取的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必需大于其临界体积．假如体积小，中子从铀块中穿过，碰不到原子核，则链式反应不会发生．在裂变反应中核子数是不会削减的，如235 92U 裂变为9038Sr和136 54Xe的核反应，其核反应方程为235 92U＋10n―→9038Sr＋136 54Xe＋1010n，其中各粒子质量分别为m U＝235.043 9 u，m n＝1.008 67 u，m Sr＝89.907 7 u，m Xe＝135.907 2 u，质量亏损为Δm＝(m U＋m n)－(m Sr＋m Xe＋10m n)＝0.150 97 u.可见铀核裂变的质量亏损是远小于一个核子的质量的，核子数是不会削减的，因此选项A、B、C均错．[答案] D命题视角2 裂变中核能的计算现有的核电站比较广泛采纳的核反应之一是235 92U＋10n→143 60Nd＋A Z 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)核质量为235.043 9 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？[思路点拨] 关键是计算裂变前后的质量亏损．[解析] (1)锆的电荷数Z ＝92－60＋8＝40，质量数A ＝236－146＝90；核反应方程中应用符号9040Zr 表示．(2)1 kg 铀235的铀核数为n ＝1 000235×6.02×1023≈2.56×1024个．不考虑核反应中生成的电子质量，一个铀核反应发生的质量亏损为Δm ＝m U ＋m n －m Nd －m Zr －3m n ＝0.212 u ．因此1 kg 铀235完全裂变产生的能量约为E ＝n ·Δm ×931.5 MeV ＝2.56×1024×0.212×931.5 MeV ≈5.06×1026 MeV.[答案] (1)40 90 (2)5.06×1026 MeV【通关练习】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简单发生，最好干脆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，铀块的体积必需大于临界体积，但铀块的质量无论怎样，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，这些快中子不能干脆引发新的裂变．假如铀块的质量大，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．2．2011年3月11日，日本发生了9.0级地震后爆发海啸，导致福岛核电站核泄露，核平安问题引起世界关注．福岛核电站属于轻水反应堆，即反应堆运用一般水作为减速剂，使快中子减速变成慢中子，便于被235 92U 俘获，发生可限制核裂变的链式反应．(1)若铀核235 92U 俘获一个慢中子，发生核裂变后产生了139 54Xe 和9438Sr ，试写出核裂变方程；(2)若快中子的减速过程可视为快中子与一般水中的11H 核发生对心正碰后减速，碰撞过程可简化为弹性碰撞．假定碰撞前11H 核静止，快中子速度为v 0＝3.2×107 m/s.求碰撞后中子的速度．(已知中子质量m n 为氢核质量m H 的1.16倍)解析：(1)235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9438Sr ＋310n.(2)快中子与11H 核发生弹性对心正碰，由动量守恒定律得m n v 0＋0＝m n v n ＋m H v H ，由机械能守恒定律得：12m n v 20＋0＝12m n v 2n ＋12m H v 2H ，代入数据解得：v n ≈2.4×106 m/s. 答案：(1)235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9438Sr ＋310n(2)2.4×106 m/s核聚变和核能的计算1．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必需使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m ，这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温．2．轻核聚变是放能反应：从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加，因此聚变反应是一个放能反应．3．聚变方程21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV. 4．重核裂变与轻核聚变的区分 重核裂变 轻核聚变 放能原理重核分裂成两个或多个中等质量的原子核，放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核，放出核能 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～4倍命题视角1 对核聚变的理解(多选)下列说法正确的是( )A ．聚变反应中有质量亏损，所以必向外界放出能量B ．要使核发生聚变反应，必需使核之间的距离接近到1×10－15 m ，也就是接近到核力能够发生作用的范围内C ．要使核发生聚变反应，必需克服核力做功D ．热核反应只有在人工限制下才能发生[解析] 由质能方程可知，选项A 正确；轻核结合成质量较大的核，必需使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围，才能使它们紧密地结合起来，选项B 正确，C 错误；热核反应必需在很高的温度下才能发生，不肯定要人工限制，选项D 错误．[答案] AB命题视角2 聚变中核能的计算(2024·高考全国卷乙)大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H ＋21H →32He ＋10n.已知21H 的质量为2.013 6 u, 32He 的质量为3.015 0 u ，10n 的质量为1.008 7 u ，1 u ＝931 MeV/c 2.氘核聚变反应中释放的核能约为( )A ．3.7 MeVB ．3.3 MeVC ．2.7 MeVD ．0.93 MeV [解析] 氘核聚变反应的质量亏损为Δm ＝2×2.013 6 u －(3.015 0 u ＋1.008 7 u)＝0.003 5 u ，释放的核能为ΔE ＝Δmc 2＝0.003 5×931 MeV/c 2×c 2≈3.3 MeV ，选项B 正确．[答案] B(1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要依据．(2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量亏损，然后代入ΔE ＝Δmc 2进行计算．【通关练习】1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )A ．一次聚变反应肯定比一次裂变反应释放的能量多B ．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量肯定大C ．聚变反应中粒子的比结合能变小D ．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加解析：选B ．在一次聚变反应中释放的能量不肯定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量肯定大，故A 错误，B 正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则比结合能肯定增加，质量发生亏损，故C 、D 错误．2．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)．已知氘核质量m D ＝2.013 6 u ，氦核质量m He ＝3.015 0 u ，中子质量m n ＝1.008 7 u.(1)写出聚变方程并算出释放的核能；(已知质量亏损1 u 释放的核能为931.5 MeV)(2)若反应前两氘核的动能均为E kD ＝0.35 MeV.它们正面对撞发生聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多大？解析：(1)核反应方程为21H ＋21H →10n ＋32He.该反应质量亏损Δm ＝2m D －m He －m n ＝0.003 5 u.由质能方程得释放核能ΔE ＝Δm ×931.5 MeV ＝0.003 5×931.5 MeV ≈3.26 MeV.(2)将两个氘核作为一个系统，由动量守恒有0＝m He v He －m n v n ，由于m He m n ＝31，则v He ＝13v n . 又由能量守恒有12m He v 2He ＋12m n v 2n ＝ΔE ＋2E kD 代入数据可得E kHe ＝0.99 MeV ，E kn ＝2.97 MeV.答案：(1)21H ＋21H →32He ＋10n 3.26 MeV(2)0.99 MeV 2.97 MeV粒子的分类及夸克模型1．粒子与反粒子：随着科学技术的发展，人们发觉了更多的粒子，一方面“基本粒子”不基本，另一方面发觉了反粒子．粒子的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发觉的粒子相同，而电荷等其他性质相反，这类粒子叫做反粒子，例如正电子带正电荷，反质子带负电荷．2．夸克模型(1)夸克的种类：上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)．(2)夸克所带电荷：夸克所带的电荷量是分数电荷量，即其电荷量为元电荷的－13或＋23.例如上夸克带的电荷量为＋2e 3，下夸克带的电荷量为－e 3. (3)意义：电子电荷不再是电荷的最小单位，即存在分数电荷．(多选)已知π＋介子、π－介子都是由一个夸克(夸克u 或夸克d)和一个反夸克(反夸克u 或反夸克d )组成的；它们的带电荷量如下表所示(表中e 为元电荷)：π＋ π－ u d u d 带电荷量 ＋e －e ＋23e －13e －23e ＋13e 下列说法正确的是( )A ．π＋由u 和d 组成B ．π＋由d 和u 组成 C ．π－由u 和d 组成 D ．π－由d 和u 组成 [解析] 依据核反应中电荷数、质量数守恒可求得，π＋电荷量为＋e ，u 电荷量为＋23e ，d 电荷量为＋13e ，则u 和d 的总电荷量为⎝ ⎛⎭⎪⎫＋23e ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫＋13e ＝＋e ，故选项A 正确，选项B 错误；π－电荷量为－e ，d 电荷量为－13e ，u 电荷量为－23e ，则d 和u 的总电荷量为⎝ ⎛⎭⎪⎫－13e ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－23e ＝－e ，故选项D 正确，选项C 错误． [答案] AD关于粒子，下列说法正确的是( )A ．电子、质子和中子是组成物质的不行再分的最基本的粒子B ．强子都是带电的粒子C ．夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D ．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析：选D ．由于质子、中子是由不同夸克组成的，它们不是最基本的粒子，不同夸克构成强子，有的强子带电，有的强子不带电，故A 、B 错误；夸克模型是探讨强子结构的理论，不同夸克带电不同，分别为＋23e 和－e 3，说明电子电荷不再是电荷的最小单位，C 错误，D 正确．故正确答案为D ．[随堂检测]1．依据宇宙大爆炸的理论，在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，那么在大爆炸之后最早产生的粒子是( )A．夸克、轻子、胶子等粒子B．质子和中子等粒子C．光子、中微子和电子等粒子D．氦核、氚核、氦3等轻核解析：选A．宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经验了质子和中子等强子时代，再之后是自由光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子组合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最终形成恒星和星系，B、C、D的产生都在A之后，因此A正确．2．以下说法正确的是( )A．聚变是裂变的逆反应B．假如裂变释放能量，则聚变反应必定汲取能量C．聚变需将反应物加热至数百万度以上的高温，明显是汲取能量D．裂变与聚变均可释放巨大的能量解析：选D．A选项，从形式上看，裂变与聚变好像是互为逆反应，但其实不然，因为二者的反应物和生成物完全不同．裂变是重核分裂成中等核，而聚变则是轻核聚合成为次轻核，无干脆关联，并非互为逆反应；B选项，既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量流向上也不必相反；C选项，要实现聚变反应，必需使参与反应的轻核充分接近，须要数百万度的高温供应能量．但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所汲取的能量；因此，总的来说，聚变反应还是释放能量，故D正确．3．一个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→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，依据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削减解析：选A．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．4．(多选)(2024·鞍山一中高二检测)下列关于聚变的说法中正确的是( )A．要使聚变产生，必需克服库仑斥力做功B．轻核聚变须要几百万摄氏度的高温，因此聚变又叫做热核反应C．原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温，所以氢弹利用原子弹引发热核反应D ．自然界中不存在自然的热核反应解析：选ABC ．轻核聚变时，必需使轻核之间距离达到10－15m ，所以必需克服库仑斥力做功，A 正确；原子核必需有足够的动能，才能使它们接近到核力能发生作用的范围，试验证明，原子核必需处在几百万摄氏度下才有这样的能量，这样高的温度通常利用原子弹爆炸获得，故B 、C 正确；在太阳内部或其他恒星内部都进行着热核反应，D 错误．5．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：21H ＋31H →42He ＋X ，式中X 是某种粒子．已知：21H 、31H 、42He 和粒子X 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.0026 u 和1.0087 u ；1 u ＝931.5c 2 MeV ，c 是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子X 是______，该反应释放出的能量为________ MeV(结果保留3位有效数字)．解析：依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 ·c 2≈17.6 MeV.答案：10n(或中子) 17.6[课时作业]一、单项选择题1．科学家发觉在月球上含有丰富的32He(氦3)．它是一种高效、清洁、平安的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为32He ＋32He →211H ＋42He.关于32He 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D ．目前核电站都采纳32He 聚变反应发电解析：选B ．聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采纳铀核的裂变反应，可控的轻核聚变尚在试验阶段．2．(2024·汕头高二检测)235 92U 汲取一个慢中子后分裂成9236Kr 和141 56Ba ，还放出( )A ．1个α粒子B ．3个中子C ．10个中子D ．10个质子 解析：选B ．依据质量数守恒、电荷数守恒可得还放出3个中子，B 项正确．3．(2024·南昌高二检测)中国承诺到2024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．目前关于该电站获得核能的基本核反应方程可能是( )A ．235 92U ＋10n ―→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n B ．2411Na ―→2412Mg ＋0－1e C ．147N ＋42He ―→178O ＋11H D ．23892U ―→23490Th ＋42He解析：选A ．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 是发觉质子的反应，D 是α衰变．4．(2024·重庆南开中学高二检测)1个铀235汲取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 为阿伏加德罗常数)( )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的物质的量为1235 mol ，因此1 g 铀235释放的核能E ＝N A235×196 MeV ，选项D 正确．5．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成．u 夸克带电荷量为23e ，d 夸克的带电荷量为－13e ，e 为元电荷．下列论断中可能正确的是 ( )A ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 解析：选B ．质子11H 带电荷量为2×23e ＋⎝ ⎛⎭⎪⎫－13e ＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2×⎝ ⎛⎭⎪⎫－13e ＝0.可见B 正确．6．正电子是电子的反粒子，它跟一般电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年初和年底，欧洲和美国的科学探讨机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探究反物质的一大进步．你推想反氢原子的结构是( )A ．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B ．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C ．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D ．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：选B ．反氢原子的结构应当是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成．二、多项选择题7．下列说法中正确的是( )A ．目前还未发觉媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构B ．自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对基本粒子不适用C ．反粒子与其对应的正粒子相遇时，会发生湮灭现象D ．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发觉的强子解析：选ACD ．媒介子、轻子和夸克在现代试验中还没有发觉其内部结构，故A 正确；自然界三大守恒定律是普遍适用的基本规律，选项B 错误；反粒子与其对应的正粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的正粒子相遇时会发生湮灭现象，故C 正确；质子是最早发觉的强子，故D 正确．8．我国科技工作者分别在1964年、1967年胜利爆炸了我国第一颗原子弹和氢弹．下列核反应方程中可表示两弹的爆炸原理的是( )A ．147N ＋42He ―→178O ＋11H B ．23592U ＋10n ―→9038Sr ＋13954Xe ＋710n C ．23892U ―→23490Th ＋42He D ．21H ＋31H ―→42He ＋10n解析：选BD ．原子弹是利用核裂变反应，而氢弹是利用核聚变反应，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，不符合要求，故本题应选B 、D ．9．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试验装置(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21H ＋31H →42He ＋10nB ．“人造太阳”的核反应方程是23592U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n C ．“人造太阳”释放的能量大小的计算式是ΔE ＝Δmc 2D ．“人造太阳”核能大小的计算公式是E ＝12mc 2解析：选AC ．释放的能量大小用爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算，有的考生不能区分裂变和聚变，得出错误的答案B ．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 是反应堆中发生的很多核反应中的一种，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)c2D．上述核反应中放出的核能ΔE＝(m U－m Ba－m Kr－3m X)c2解析：选BC．核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知235 92U＋10n―→141 56Ba＋9236Kr＋a X中X为10n，a＝3，则A错，B对；由ΔE＝Δmc2可得：ΔE＝(m U＋m X－m Ba－m Kr－3m X)c2＝(m U－m Ba －m Kr－2m X)c2，则C对，D错．三、非选择题11．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．解析：依据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程．依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＝3.578×10－28kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2 J＝3.220 2×10－11 J.答案：10n＋235 92U―→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J12．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能量来源．(m p＝1.007 3 u，m He＝4.002 6 u，m e＝0.000 55 u)(1)写出这个核反应方程；(2)这一核反应能释放多少能量？(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒削减的质量为多少？解析：(1)核反应方程是411H→42He＋02X，而02X只能是2个正电子，因此核反应方程应是411H→42He＋201e.(2)反应前的总质量为m1＝4m p＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u.反应后的总质量为m2＝m He＋2m e＝4.002 6 u＋2×0.000 55 u＝4.003 7 u质量亏损为Δm＝m1－m2＝0.025 5 u.依据爱因斯坦质能方程得释放的能量为ΔE＝0.025 5×931.5 MeV≈23.75 MeV.。
高中物理第十九章原子核核裂变课堂互动学案新人教选修
6 核裂变课堂互动三点剖析一、重核的裂变铀核裂变的几个特点：①铀核裂变能放出巨大的能量；②铀核裂变的产物是多种，同时能放出2—3个(或更多个)中子.例如：n Sr Xe n U 1094381395410235923++→+ n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+.二、链式反应维持链式反应要有一定的条件.如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去.裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被杂质裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被杂质吸收，所以就要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积来维持链式反应.参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到临界体积时，链式反应就可以持续下去.跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量.纯铀235的临界体积(球形)，直径只有4.8 cm ，相应的临界质量只有1 kg 左右.核反应堆不同，临界质量不同.三、裂变反应堆1.核反应堆的主要组成(1)核燃料.用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3％—4％).(2)减速剂.用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收).(3)控制棒.用镉做成(镉吸收中子的能力很强).(4)冷却剂.用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全).(5)水泥防护层.用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.2.核能发电的优缺点优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济.缺点：①一旦核泄露会造成严重核污染；②核废料处理困难.各个击破【例1】关于铀核裂变，下列说法正确的是( )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，最好用纯铀235D.铀块的体积对产生链式反应无影响解析：铀核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多，也有三分裂和四分裂的情况并放出几个中子，铀235受中子轰击时，裂变的概率大，但可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获快中子才能引起裂变，且概率小，而要引起裂变，铀块体积必须超过临界体积，故正确选项为B 、C.答案：BC【例2】已知铀235的质量为235.043 9 u ，钡141的质量为140.913 9 u ，氪92的质量为91.897 3 u ，每个中子质量为1.008 7 u.1 kg 铀235发生n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+的铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J 的热量)解析：质量亏损为：△m=(m U +m n )-(m Ba +m kr +3m n )=236.052 6 u-235.837 3 u=0.215 3 u释放的能量：△E =△mc 2≈2020MeV1 kg 铀235含有的铀原子核数目为 N=2351000× 6.02×1023=2.56×1024 个 1 kg 铀完全反应释放的总能量为：E 总=N·△E=2.56×1024 ×2020106×1.60×10-19 J=8.23×1013 J1 t 煤完全燃烧释放的能量为：E=1 000×2.9×107J=2.9×1010 J ，故1 kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的吨数为：n=2.84×103 t.答案：2.84×103 t【例3】利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件.(1)核反应堆中的“燃料”是U 23592，完成下面的核反应方程式n Xe Sr n U 10)(5490)(102359210++→+；(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀?已知铀核的质量为235.043 9 u ，氙质量为135.907 2u.1 u=1.66×10-27 kg ，浓缩铀中铀235的含量占2％.解析：(1)n Xe Sr n U 10)136(5490)38(102359210++→+.(2)核电站每年放出的热量：Q=P·t=1.0×109×3.6×103×24×365 J=3.2×1016 J.一个U 23592裂变放出的能量：△E=△m ·c 2=(235.043 9-89.907 7-135.907 2-9×1.008 7)×1.66×10-27×(3×108)2J ＝2.3×10-11 J.需要浓缩铀：m=02.0⨯••A N E u Q ＝2.7×103 kg 答案：(1) (2)2.7×103kg2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图所示，在水平匀强电场中，有一带电粒子（不计重力）以一定的初速度从M 点运动到N 点，则在此过程中，以下说法中正确的是（ ）A ．电场力对该带电粒子一定做正功B ．该带电粒子的运动速度一定减小C ．M 、N 点的电势一定有φM ＞φND ．该带电粒子运动的轨迹一定是直线2．2018年5月17日，我国发布了《电动自行车安全技术规范》同家标准，并于2019年4月15日起正式执行。
高中物理第十九章原子核核裂变课堂互动学案新人教选修
6 核裂变课堂互动三点剖析一、重核的裂变铀核裂变的几个特点：①铀核裂变能放出巨大的能量；②铀核裂变的产物是多种，同时能放出2—3个(或更多个)中子.例如：n Sr Xe n U 1094381395410235923++→+ n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+.二、链式反应维持链式反应要有一定的条件.如果每次裂变放出的中子平均有一个能再度引起裂变反应，或者说一代裂变中子的总数不少于前一代的中子数，链式反应就能维持下去.裂变中放出的中子有的可能从裂变物质中漏失出去，有的可能被杂质裂变物质吸收而没有产生裂变，也有的可能被杂质吸收，所以就要减少裂变物质中的杂质，增大裂变物质的体积来维持链式反应.参加裂变反应的裂变物质体积越大，中子的漏失越少，裂变物质达到临界体积时，链式反应就可以持续下去.跟临界体积相对应的裂变物质的质量，叫临界质量.纯铀235的临界体积(球形)，直径只有4.8 cm ，相应的临界质量只有1 kg 左右.核反应堆不同，临界质量不同.三、裂变反应堆1.核反应堆的主要组成(1)核燃料.用浓缩铀(能吸收慢中子的铀235占3％—4％).(2)减速剂.用石墨或重水(使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收).(3)控制棒.用镉做成(镉吸收中子的能力很强).(4)冷却剂.用水或液态钠(把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全).(5)水泥防护层.用来屏蔽裂变产物放出的各种射线.2.核能发电的优缺点优点：①污染小；②可采储量大；③比较经济.缺点：①一旦核泄露会造成严重核污染；②核废料处理困难.各个击破【例1】关于铀核裂变，下列说法正确的是( )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，最好用纯铀235D.铀块的体积对产生链式反应无影响解析：铀核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多，也有三分裂和四分裂的情况并放出几个中子，铀235受中子轰击时，裂变的概率大，但可以俘获各种能量的中子而引起裂变，而铀238只有俘获快中子才能引起裂变，且概率小，而要引起裂变，铀块体积必须超过临界体积，故正确选项为B 、C.答案：BC【例2】已知铀235的质量为235.043 9 u ，钡141的质量为140.913 9 u ，氪92的质量为91.897 3 u ，每个中子质量为1.008 7 u.1 kg 铀235发生n Kr Ba n U 1092361415610235923++→+的铀核裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量?(1 kg 优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J 的热量)解析：质量亏损为：△m=(m U +m n )-(m Ba +m kr +3m n )=236.052 6 u-235.837 3 u=0.215 3 u释放的能量：△E =△mc 2≈2020MeV1 kg 铀235含有的铀原子核数目为 N=2351000× 6.02×1023=2.56×1024 个 1 kg 铀完全反应释放的总能量为：E 总=N·△E=2.56×1024 ×2020106×1.60×10-19 J=8.23×1013 J1 t 煤完全燃烧释放的能量为：E=1 000×2.9×107J=2.9×1010 J ，故1 kg 铀完全反应相当于这样的煤完全燃烧的吨数为：n=2.84×103 t.答案：2.84×103 t【例3】利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电，这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大，目前，核能发电技术已经成熟，我国已经具备了发展核电的基本条件.(1)核反应堆中的“燃料”是U 23592，完成下面的核反应方程式n Xe Sr n U 10)(5490)(102359210++→+；(2)一座100万千瓦的核电站，每年需要多少浓缩铀?已知铀核的质量为235.043 9 u ，氙质量为135.907 2u.1 u=1.66×10-27 kg ，浓缩铀中铀235的含量占2％.解析：(1)n Xe Sr n U 10)136(5490)38(102359210++→+.(2)核电站每年放出的热量：Q=P·t=1.0×109×3.6×103×24×365 J=3.2×1016 J.一个U 23592裂变放出的能量：△E=△m ·c 2=(235.043 9-89.907 7-135.907 2-9×1.008 7)×1.66×10-27×(3×108)2J ＝2.3×10-11 J.需要浓缩铀：m=02.0⨯••A N E u Q ＝2.7×103 kg 答案：(1) (2)2.7×103kg高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
高中物理 第十九章 8粒子和宇宙教案 新人教版选修3-5
粒子和宇宙★新课标要求（一）知识与技能1．了解构成物质的“基本粒子”及粒子物理的发展史2．初步了解宇宙的演化过程及宇宙与粒子的和谐统一（二）过程与方法1．感知人类（科学家）探究宇宙奥秘的过程和方法2．能够突破传统思维重新认识客观物质世界（三）情感、态度与价值观1．让学生真正感受到自然的和谐统一并深知创建和谐社会的必要性。
2．培养学生的科学探索精神。
★教学重点了解构成物质的粒子和宇宙演化过程★教学难点各种微观粒子模型的理解★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。
★教学用具：1．Internet网络素材、报刊杂志、影视媒体等。
2．多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件（基于网络环境）播放等。
★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课教师：宇宙的起源一直是天文学中困难而又有启发性的问题。
宇宙学中大爆炸论的基本观点是宇宙正在膨胀，要了解宇宙更早期的情况，我们必须研究组成物质的基本粒子。
问题：现在我们所知的构成物体的最小微粒是什么？学生：构成物体的最小微粒为“原子”（不可再分）。
点评：从宇宙的起源角度去引起对物质构的粒子的了解，激发学生的兴趣，积极回答。
教师：其实直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质不可分的最小微粒。
20世纪初人们发现了电子，并认为原子并不是不可以再分，而且提出了原子结构模型的研究。
问题：现在我们认为原子是什么结构模型，由什么组成？学生回忆并回答：现在我们认为原子是核式结构，说明原子可再分，原子核由质子与中子构成。
点评：引起学生回忆旧知识并巩固知识。
（二）进行新课1．“基本”粒子“不”基本教师：1897年汤姆生发现电子，1911年卢瑟福提出原子的核式结构。
继而我们发现了光子，并认为“光子、电子、质子、中子”是组成物质的不可再分的粒子，所以把它们叫“基本粒子”。
那么随着科学技术的发展“它们”还是不是真正意义上的“基本”粒子呢？学生思考并惊奇。
点评：因为学生所能了解的最小粒子只有这些，所以这节课引起了学生的兴趣。
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8 粒子和宇宙课堂互动三点剖析一、现代粒子理论媒介子：传递各种相互作用的粒子.主要是光子和胶子，光子传递电磁相互作用，胶子传递强相互作用.强相互作用比电磁相互作用强得多.如核子之间的核力就属于强相互作用.轻子：不参与相互作用的粒子.主要有电子、电子中微子、μ介子和μ子中微子、τ子和τ子中微子、轻子目前认为也没有内部结构.强子：参与强相互作用的粒子.主要包括质子、中子、介子和超子.强子有内部结构，由更基本的粒子——夸克组成.二、夸克模型的理解 夸克是带分数电荷的，每个夸克带e 32+或e 31-电荷(e 为质子电荷单位).现代粒子物理学认为，夸克共有6种，它们组成了所有的强子，如一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成，则上夸克带e 32+电荷，下夸克带e 31-电荷.上、下夸克的质量略微不同.中子的质量比质子的质量略大一点点，过去认为可能是由于中子、质子的带电荷量不同造成的，现在看来，这应归于下夸克质量比上夸克质量略大一点点.三、宇宙的演化过程1.现今的宇宙起源于大爆炸，宇宙演化的早期体积很小，温度极高，演化非常快，演化时体积不断迅速膨胀，同时温度不断迅速下降.当温度从极高降到一定范围时，出现夸克、轻子、胶子和其他规范粒子.体积再膨胀，温度再降低后，夸克、反夸克又结合而成各种介子和重子，从而形成强子物质.这些迅速演化过程都发生在宇宙大爆炸之后的第1 s 内.温度继续降低，质子和中子结合成较重的原子核.以后体积继续膨胀，温度继续降低，一步步出现各种原子、分子，一直演化到现在的世界.2.大多数恒星内部每时每刻都在进行着激烈的系列核反应，在处理这类问题时，大都可以采取这种等效的处理方法，同时结合质能方程和能量守恒定律求解.各个击破【例1】 1959年，李政道和杨振宁提出在弱相互作用中宇称不守恒，并由吴健雄用Co 6027进行了实验验证.次年，李、杨二人为此获得了诺贝尔物理学奖.Co 6027的衰变方程是：e A Z v e Ni Co ++→-016027，其中e v 是反中微子，它的电荷为零.静止质量可认为是零.(1)在上述衰变方程中，衰变产生Ni A Z 的质量数A 是__________，核电荷数Z 是_________.(2)在衰变前Co 6027是静止的，根据云室照片可以看出，衰变产物Ni A Z 和e 01-的运动径迹不在同一条直线上，如果认为衰变产物只有Ni A Z 和e 01-，那么衰变过程将违反________守恒定律.解析:(1)根据质量数守恒可知A=60，根据核电荷数守恒可知Z=28.(2)由衰变前后动量守恒判断Ni 6028与e 01-必在同一直线上，否则将违反动量守恒定律.答案：(1)60 28 (2)动量【例2】 已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u 或夸克d)和一个反夸克(反夸克u 或反夸克d)组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e 为元电荷.下列说法正确的是( ) A.π+由u 和d 组成 B.π+由d 和u 组成 C.π-由u 和d 组成 D.π-由d 和u 组成 解析：由电荷守恒可知，π+由u 和d 组成，π-由d 和u 组成. 答案：AD【例3】 某恒星内部发生的一系列核反应如下：N C p v e C N N C p e 147136136137137126,,→+++→→++,α+→+++→+++N N p v e N O O N p e 126157157158158147,,.其中，p 为质子，α为α粒子，e +为正电子，v e 为一种中微子，已知m p =1.672 648×10-27kg,m α=6.644929×10-27 kg,me=9.11×10-31 kg ，中微子质量不计.真空中的光速c=3×108 m/s ，试计算该系列反应完成后释放的能量.解析：将各核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终可等效为：4p→α+2e ++2v e根据质能关系和能量守恒有4m p c 2=m αc 2+2m e c 2+Q ，得释放的能量Q=3.95×10-12 J.答案：3.95×10-12 J【例4】 太阳放出的大量中微子向地球飞来，科学家发现中微子在向地球传播的过程中衰变为一个μ子和一个τ子，若在衰变中发现μ子速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向( )A.可能与μ子同方向B.可能与μ子反方向C.不一定与μ子在同一条直线上D.一定与μ子在同一条直线上解析：在衰变中动量守恒，发现μ子速度方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向一定与μ子在同一条直线上，可能与μ子同方向也可能与μ子反方向.答案：ABD高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2．选择题必须使用2B铅笔填涂；非选择题必须使用0.5毫米黑色字迹的签字笔书写，字体工整、笔迹清楚。
3．请按照题号顺序在各题目的答题区域内作答，超出答题区域书写的答案无效；在草稿纸、试题卷上答题无效。
4．保持卡面清洁，不要折叠，不要弄破、弄皱，不准使用涂改液、修正带、刮纸刀。
一、单项选择题1．如图所示，游乐场中有一半球形的碗状装置固定在水平地面上，装置的内半径为R，在其内表面有一个小孩(可视为质点)从底部向上爬行，小孩与内表面之间的动摩擦因数为0.75，设小孩所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则小孩沿该装置缓慢向上爬行的最大高度是A．0.2R B．0.25R C．0.75R D．0.8R2．示波器是一种常见的电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压随时间的变化情况。
图1为示波器的原理结构图。
当不加电压时，电子恰好打在荧光屏的正中心，在那里产生一个亮斑；当极板YY'间加高频偏转电压Uy、极板XX'间加高频偏转电压Ux，偏转电压随时间变化规律分别如图2所示时，荧光屏上所得的波形是图中的A．B．C．D．3．如图所示，在静电场中有A、B两点，则下列说法中正确的是（）A．场强E A>E B，电势φA>φBB．将电荷+q从A点移到B点，电场力做负功C．将重力可忽略的电荷+q从A点移到B点，加速度变小D．将电荷–q分别放在A、B两点，具有的电势能E pA<E pB4．一端装有定滑轮的粗糙斜面体放在地面上，A、B两物体通过细绳连接，并处于静止状态，不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦，如图所示．现用水平力F作用于物体B上，缓慢拉开一小角度，此过程中斜面体与物体A仍然静止．则下列说法正确的是A．在缓慢拉开B的过程中，水平力F不变B．物体A所受细绳的拉力一定变大C．物体A所受斜面体的摩擦力一定变大D．物体A所受斜面体的作用力的合力一定变大5．如图，在水平地面的平板小车上放一质量m=2kg的滑块，滑块与车上右侧挡板同连接水平的轻弹簧，小车在水平向右的力作用下以a=1m/s2的加速度做匀加速运动，运动过程中弹簧处于压缩状态，弹力为1N，滑块与小车保持相对静止，现减小外力使小车的加速度逐渐减小到零，则A．弹簧的弹力逐渐减少B．滑块受到的摩擦力保持不变C．当小车加速度为零时，滑块不受摩擦力作用D．滑块与小车仍保持相对静止6．在x轴上O、P两点分别放置电荷量为q1、q2的点电荷，一带正电的试探电荷在两电荷连线上的电势能E P随x变化关系如图所示，其中A、B两点电势能为零，BD段中C点电势能最大，则A．q1和q2都是正电荷且q1> q2B．BC间场强方向沿x轴负方向C．C点的电场强度大于A点的电场强度D．将一负点电荷从B点移到D点，电场力先做负功后做正功二、多项选择题7．下列说法中正确的是______A.温度相同的氢气和氮气，氢气分子比氨气分子的平均速率大B.由阿伏加德罗常数、气体的摩尔质量和气体的密度，可以估算出理想气体分子间的平均距离C.当理想气体的体积增加时，气体的内能一定增大D.将碳素墨水滴入清水中，观察到布朗运动是碳分子的无规则运动E.容器内一定质量的理想气体体积不变，温度升高，则单位时间内撞击容器壁的分子数增加．8．如图所示，宽为L的两固定光滑金属导轨水平放置，空间存在竖直向上的匀强磁场，磁感应大小为B。
质量均为m、电阻值均为r的两导体棒ab和cd静止置于导轨上，其间距也为L，现给cd一向右的初速度v0，对它们之后的运动过程说法正确的是A．ab的加速度越来越大，cd的加速度越来越小B．回路产生的焦耳热为C．通过ab的电荷量为D．两导体棒间的距离最终变为9．用如图的装置研究光电效应现象，当用光子能量为2.5eV的光照射到光电管上时，电流表G的读数为0.2mA．移动变阻器的触点c，当电压表的示数大于或等于0.7V时，电流表读数为0．则（）A．光电管阴极的逸出功为B．电键k断开后，没有电流流过电流表GC．光电子的最大初动能为D．改用能量为的光子照射，电流表G也有电流，但电流较小10．用如图甲所示的电路研究光电效应中光电流大小与入射光的强弱、频率等物理量的关系。
图中A、K 两极间的电压大小可调，电源的正负极也可以对调。
分别用a、b、c三束单色光照射K，调节A、K间的电压U，得到光电流I与电压U的关系如图乙所示。
由图可知（）A．单色光a和c的频率相同，但a光强更强些B．单色光a和c的频率相同，但c光强更强些C．单色光b的频率大于a的频率D．单色光b的频率小于a的频率三、实验题11．在“验证动量守恒定律”的实验中，某学习小组利用质量相等的两滑块A和B及带竖直挡板P和Q的气垫导轨进行实验，如图所示.实验步骤如下：a．调整气垫导轨成水平状态；b．在滑块A上固定一质量为m0的砝码，在A、B间放入一个被压缩的轻小弹簧，用电动卡销置于气垫导轨上；c．用刻度尺测出滑块A左端至P板的距离L1和滑块B右端至Q板的距离L2；d．按下电钮放开卡销，同时让记录滑块A、B运动的计时器开始工作，当A、B滑块分别碰撞P、Q挡板时计时结束，记下A、B分别达到P、Q的运动时间t1、t2.回答下列问题：(1)实验中还应测量的物理量是_____________；(2)验证动量守恒定律的表达式是______________；(3)还可以测出放开卡销前被压缩弹簧的弹性势能E p=________.12．如图所示，半径为R的光滑竖直半圆形轨道固定在粗糙水平地面上，地面与半圆形轨道相切于B点，可看成质点的物块质量为m，从A点以初速度水平向左运动，进入半圆形轨道，刚好能通过轨道最高点C，并恰好落在地面上的A点。
已知重力加速度为g，求物块与水平地面间的动摩擦因数四、解答题13．如图，在固定的汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为S A∶S B＝1∶2.两活塞以穿过B底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动．两个汽缸都不漏气．初始时，A、B中气体的体积皆为V0，温度皆为T0＝300 K，A中气体压强p A＝1.5p0，p0是汽缸外的大气压强．现对A加热，使其中气体的压强升到p A′＝2.0p0，同时保持B中气体的温度不变．求此时A中气体的温度T A′.14．如图所不，在x轴的上方存在垂直纸面向里，磁感应强度大小为B0的匀强磁场。