高三物理复习核反应 核能 质能方程
高中核物理-核反应：核能、重核裂变
介绍
mu 390.3139 1027 kg mBa 234.0016 1027 kg mKr 152.6047 1027 kg mn 1.6749 1027 kg
计算“质量亏损” Δm =(mu + mn)－(mBa + mKr + 3mn)= 0.3578×10－27kg ΔE = ΔmC2 = 201MeV 1kg铀完全裂变，释放的核能为：
解：
m =6.644929×10 -27kg
m p =1.672648×10 -27kg
me=9.11×10-31kg
将六个方程式相加，得到
4p
2 e +2 +
ΔE= mc2 =(4m p– m 2me )c 2 -
代入数字，经计算得到
ΔE=3.95×10-12 J
链式反应的示意图：
(3)重核裂变的应用
核电站
核心设施：核反应堆 浓缩铀制成的铀棒 石墨、重水或普通水，用于减 减速剂： 小中子的速度 控制棒：镉，用于 吸收中子，控制 核反应的快慢。
原子弹： 不可控的核反应原子弹爆ຫໍສະໝຸດ 时的蘑菇云 “小男孩”（前）和“胖
1.两个中子和两个质子可以结合成一个 氦核, 已知中子的质量是1.008665u, 质子的质量 是1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反 应的质量亏损和结合能, (1u=1.66×10-27千克, c=3×108米／秒)
解：△m＝0.029282u △E＝ △mc2=931.5 × 0.029282= 27.3MeV
或 △E ＝ △mc2
＝ 0.029282 × 1.66×10-27 × (3×108 )2 ＝ 4.37 ×10－12J＝27.3MeV
高三物理一轮复习第13章动量光电效应核能第3节核反应和核能
第3节 核反应和核能知识点1 原子核的组成 放射性及放射性同位素 1．原子核的组成(1)原子核由质子和中子组成，质子和中子统称为核子．质子带正电，中子不带电． (2)基本关系①核电荷数＝质子数(Z )＝元素的原子序数＝核外电子数． ②质量数(A )＝核子数＝质子数＋中子数．(3)X 元素的原子核的符号为AZ X ，其中A 表示质量数，Z 表示核电荷数． 2．天然放射现象(1)天然放射现象：元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素：物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线． 3．放射性同位素的应用与防护(1)同位素：具有相同质子数和不同中子数的原子核．(2)放射性同位素：有天然放射性同位素和人工放射性同位素两类，放射性同位素的化学性质相同．(3)应用：消除静电、工业探伤、作示踪原子等． (4)防护：防止放射性对人体组织的伤害． 知识点2 原子核的衰变、半衰期 1．原子核的衰变(1)定义：原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化． (2)分类：α衰变：A Z X→A －4Z －2Y ＋42He β衰变：A Z X→ A Z ＋1Y ＋ 0－1eγ辐射：当放射性物质连续发生衰变时，原子核中有的发生α衰变，有的发生β衰变，同时伴随着γ辐射．(3)两个典型的衰变方程： ①α衰变：23892U→23490Th ＋42He ； ②β衰变：23490Th→23491Pa ＋0－1e.2．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由核内部自身的因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系．知识点3 核反应和核能 1．核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．2．重核裂变(1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程．(2)特点：①裂变过程中能够放出巨大的能量；②裂变的同时能够放出2～3(或更多)个中子；③裂变的产物不是唯一的．对于铀核裂变有二分裂、三分裂和四分裂形式，但三分裂和四分裂概率比较小．(3)典型的裂变反应方程：235 92U ＋10n ―→8936Kr ＋144 56Ba ＋310n.(4)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程． (5)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量． (6)裂变的应用：原子弹、核反应堆．(7)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层． 3．轻核聚变(1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程．轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应．(2)特点：①聚变过程放出大量的能量，平均每个核子放出的能量，比裂变反应中每个核子放出的能量大3至4倍．②聚变反应比裂变反应更剧烈． ③对环境污染较少．④自然界中聚变反应原料丰富． (3)典型的聚变反应方程：21H ＋31H ―→42He ＋10n ＋17.6 MeV4．核能核子结合为原子核时释放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，亦称核能．5．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E ＝mc 2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm ，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE ＝Δmc 2.[核心精讲]1．α衰变、β衰变的比较2.衰变次数的确定方法方法一：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素AZ X 经过n 次α衰变和m 次β衰变后，变成稳定的新元素A ′Z ′Y ，则表示该核反应的方程为AZ X→A ′Z ′Y ＋n 42He ＋m 根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A ＝A ′＋4n Z ＝Z ′＋2n －m由以上两式联立解得n ＝A －A ′4，m ＝A －A ′2＋Z ′－Z由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方法二：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后根据衰变规律确定β衰变的次数．3．对半衰期的理解(1)半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言．(2)根据半衰期的概率，可总结出公式N 余＝N 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ，m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12tτ.式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(3)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．[题组通关]1．(多选)(2014·全国卷Ⅰ)关于天然放射性，下列说法正确的是( ) 【导学号：96622228】A ．所有元素都可能发生衰变B ．放射性元素的半衰期与外界的温度无关C ．放射性元素与别的元素形成化合物时仍具有放射性D ．α、β和γ三种射线中，γ射线的穿透能力最强E ．一个原子核在一次衰变中可同时放出α、β和γ三种射线BCD 自然界中绝大部分元素没有放射现象，选项A 错误；放射性元素的半衰期只与原子核结构有关，与其他因素无关，选项B 、C 正确；α、β和γ三种射线电离能力依次减弱，穿透能力依次增强，选项D 正确；原子核发生衰变时，不能同时发生α和β衰变，γ射线伴随这两种衰变产生，故选项E 错误．2．(2015·北京高考)实验观察到，静止在匀强磁场中A 点的原子核发生β衰变，衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动，运动方向和轨迹示意图如图1331所示，则( )图1331A ．轨迹1是电子的，磁场方向垂直纸面向外B ．轨迹2是电子的，磁场方向垂直纸面向外C ．轨迹1是新核的，磁场方向垂直纸面向里D ．轨迹2是新核的，磁场方向垂直纸面向里D 根据动量守恒定律，原子核发生β衰变后产生的新核与电子的动量大小相等，设为p .根据qvB ＝mv 2r ，得轨道半径r ＝mv qB ＝pqB，故电子的轨迹半径较大，即轨迹1是电子的，轨迹2是新核的．根据左手定则，可知磁场方向垂直纸面向里．选项D 正确．3．(1)(多选)232 90Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成20882Pb(铅)．以下说法中正确的是( )A ．铅核比钍核少8个质子B ．铅核比钍核少16个中子C ．共经过4次α衰变和6次β衰变D ．共经过6次α衰变和4次β衰变(2)约里奥·居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素3015P 衰变成3014Si 的同时放出另一种粒子，这种粒子是________.3215P 是3015P 的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg 3215P 随时间衰变的关系如图1332所示，请估算4 mg 的3215P 经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图1332【解析】 (1)设α衰变次数为x ，β衰变次数为y ，由质量数守恒和电荷数守恒得 232＝208＋4x 90＝82＋2x －y解得x ＝6，y ＝4，C 错、D 对．铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A 对． 铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B 对．(2)写出衰变方程3015P→3014Si ＋0＋1e ，故这种粒子为0＋1e(正电子)，由m t 图知3215P 的半衰期为14天，由m 余＝m 原⎝ ⎛⎭⎪⎫12t τ得0．25 mg ＝4 mg×⎝ ⎛⎭⎪⎫12t14，故t ＝56天．【答案】 (1)ABD (2)正电子 56天 [名师微博] 1．一个区别：静止的原子核在磁场中发生α衰变和β衰变时的轨迹不同，分别为相外切圆和相内切圆．2．两个结论：(1)原子核发生衰变时遵循电荷数守恒和质量数守恒．(2)每发生一次α衰变，原子核的质量数减小“4”，每发生一次β衰变，原子核的质子数增大“1”．[核心精讲]1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发238 92U→234 90Th＋42He β衰变自发234 90Th→234 91Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变很难控制21H＋31H→42He＋10n(1)熟记常见基本粒子的符号，是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)，α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(0＋1e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．(2)掌握核反应方程遵守的规律，是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，由于核反应不可逆，所以书写核反应方程式时只能用“―→”表示反应方向．[题组通关]4．(2015·北京高考)下列核反应方程中，属于α衰变的是( ) 【导学号：96622229】A.14 7N＋42He→17 8O＋11HB.238 92U→234 90Th＋42HeC.21H＋31H→42He＋10nD.234 90Th→234 91Pa＋0－1eB α衰变是放射性元素的原子核放出α粒子(42He)的核反应，选项B正确．5．(2016·全国丙卷)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是( )A．核反应方程为p＋2713Al→2814Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应过程中系统能量不守恒D．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和E．硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度的方向一致ABE 核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋2713Al→2814Si*，说法A正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B正确，说法C错误．核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法D错误．根据动量守恒定律有m p v p ＝m Si v Si，碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s，方向与质子初速度方向一致，说法E正确．6．(1)(多选)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )A.238 92U→234 90Th＋42He 是α衰变B.14 7N＋42He→17 8O＋11H 是β衰变C.21H＋31H→42He＋10n 是轻核聚变D.8234Se→8236Kr＋2 0－1e 是重核裂变(2)现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.235 92U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋ 0－1eD.42He＋94Be→12 6C＋10n①________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．②求B中X的质量数和中子数．【解析】(1)A为α衰变，B为原子核的人工转变，C为轻核聚变，D为β衰变，故A、C正确．(2)①D为查德威克发现中子的核反应方程；B是研究原子弹的基本核反应方程；A是研究氢弹的基本核反应方程．②X的质量数为：(235＋1)－(89＋3)＝144X的质子数为：92－36＝56X的中子数为：144－56＝88.【答案】(1)AC (2)①D B A ②144 88[名师微博]两点提醒：1．核反应方程一定满足质量数守恒和核电荷数守恒．2．在确定生成物是哪种元素时应先由核电荷数守恒确定生成物的核电荷数．[核心精讲]1．对质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．(2)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE ＝Δmc2.2．核能的计算方法(1)根据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)根据ΔE＝Δm×931.5 MeV计算．因1原子质量单位(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”．(3)根据核子比结合能来计算核能：原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．[师生共研]●考向1 对原子核的结合能的理解(多选)关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C．铯原子核(133 55Cs)的结合能小于铅原子核(208 82Pb)的结合能D．比结合能越大，原子核越不稳定E．自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能ABC 原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确；重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确；铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确；比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误；自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损所对应的能量等于该原子核的结合能，选项E 错误．●考向2 核能的计算钚的放射性同位素23994Pu 静止时衰变为铀核激发态235 92U *和α粒子，而铀核激发态235 92U *立即衰变为铀核235 92U ，并放出能量为0.097 MeV 的γ光子．已知：239 94Pu 、23592U 和α粒子的质量分别为m Pu ＝239.052 1 u 、m U ＝235.043 9 u 和m α＝4.002 6 u,1 u c 2＝931.5 MeV .(1)写出衰变方程；(2)已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能． 【规范解答】 (1)衰变方程为234 94Pu ―→235 92U *＋42He ，235 92U *―→23592U ＋γ.或两式合并为239 94Pu ―→235 92U ＋42He ＋γ.(2)上述衰变过程的质量亏损为Δm ＝m Pu －m U －m α，由质能方程得ΔE ＝Δmc 2由能量守恒得ΔE ＝E kU ＋E kα＋E γ设衰变后的铀核和α粒子的速度分别为v U 和v α，则由动量守恒定律得m U v U ＝m αv α 又E kU ＝12m U v 2U ，E kα＝12m αv 2α联立解得E α＝m Um U ＋m α[(m Pu －m U ＋m α)c 2－E γ]，代入题给数据得E α＝5.034 MeV. 【答案】 (1)23994Pu ―→23592U ＋42He ＋γ (2)5.034 MeV核能求解的思路方法1．应用质能方程解题的流程图： 书写核反 应方程→计算质量 亏损Δm →利用ΔE ＝Δmc 2计算释放的核能2．在动量守恒方程中，各质量都可用质量数表示．3．核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．[题组通关]7．恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，核反应方程为42He＋42He→84Be ＋γ.以下说法正确的是( )A．该核反应为裂变反应B．热核反应中有质量亏损，会放出巨大能量C．由于核反应中质量数守恒，所以质量也是守恒的D．任意原子核内的质子数和中子数总是相等的B 该核反应为聚变反应，故A错误；核反应中的裂变和聚变，都会有质量亏损，都会放出巨大的能量，故B正确；核反应中质量数守恒，质量不守恒，故C错误；原子中原子核内的质子数和中子数不一定相等，有的原子中相等，有的原子中不相等，有的原子没有中子，例如氢原子核内有一个质子，没有中子，故D错误．8．(2014·北京高考)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)( )A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)cC．(m1＋m2－m3)c2D．(m1－m2－m3)c2C 由质能方程ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3可得ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，选项C正确．。
高二高三物理-质能方程
质量亏损及核能的计算
1．核能 (1)核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少， 即ΔE＝Δmc2. (2)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm， 吸收的能量为ΔE＝Δmc2. 2．核能释放的两种途径的理解 (1)使较重的核分裂成中等大小的核． (2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可 以释放能量．
质量对应的能量为931.5 MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的中微子的
最小能量为多少MeV？(结果保留两位有效数字)．
课后作业
一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个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
B 说法正确的是 ( )
该反应释放出的能量为___1_7._6___MeV(结果保留三位有效数字)．
例2、
C 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)( ) A．(m1＋m2－m3)c B．(m1－m2－m3)c C．(m1＋m2－m3)c2 D．(m1－m2－m3)c2
课后作业
2015年诺贝尔物理学奖授予一名日本科学家和一名加拿大科学家，以表彰他们
发现并证明了中微子(Ve)振荡现象，揭示出中微子无论多小都具有质量，这是粒
子物理学历史性的发现．已知中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反
应方程式为
上述核反应中B粒子为什么粒子？已知 核的
质量为36.956 58 u， 核的质量为36.956 91 u，B粒子的质量为0.000 55 u，1 u
例3、
在某些恒星内部，3个氦核（24H e）结合成1个碳核（162C ）。 已知1 个氦核的质量为m1、1个碳核的质量为m2,1个质子的质量为mp,1个中子 的质量为mn，真空中的光速为c. 求： (1)核反应方程；
核反应核能质能方程
核反应核能质能方程一、考点聚焦核能．质量亏损．爱因斯坦的质能方程 Ⅱ要求核反应堆．核电站 Ⅰ要求重核的裂变．链式反应．轻核的聚变 Ⅰ要求可控热核反应． Ⅰ要求二、知识扫描1、 核反应在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变147N+42He 8O+11H 质子11H 的发觉方程 卢瑟福94Be+426C+10n 中子10n 的发觉方程 查德威克2、 核能〔1〕核反应中放出的能量称为核能〔2〕质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．〔3〕质能方程： 质能关系为Ｅ＝ｍｃ2原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ2 3、 裂变把重核分裂成质量较小的核，开释出的核能的反应，叫裂变典型的裂变反应是：23592Ｕ+Ｓr+13654Ｘe+1010ｎ 4．轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核，开释出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应开释能量较多，典型的轻核聚变为：21Ｈ+Ｈe+10ｎ5．链式反应一个重核吸取一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时开释假设干个中子，假如这些中子再引起其它重核的裂变，就能够使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应三、好题精析例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子〔v 。
〕而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t 四氯乙烯〔C 2Cl 4〕溶液的巨桶．电子中微子能够将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为νe ＋3717Cl →3718Ar 十 0－1e3717Cl 核的质量为36.95658 u ，3718Ar 核的质量为36.95691 u ， 0－1e 的质量为0.00055 u ，1 u 质量对应的能量为931.5MeV.依照以上数据，能够判定参与上述反应的电子中微子的最小能量为〔A 〕0.82 Me V 〔B 〕0.31 MeV 〔C 〕1.33 MeV 〔D 〕0.51 MeV[解析] 由题意可得：电子中微子的能量E ≥E ∆=mc 2-〔m Ar +m e -m Cl 〕·931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV=0.82MeV那么电子中微子的最小能量为 E min =0.82MeV[点评] 应用爱因斯坦质能方程时，注意单位的使用。
高考物理一轮复习 第13章 第3讲 核反应和核能固考基教
第3讲核反应和核能关于天然放射现象的理解三种射线的基本特征α衰变和β衰变的规律半衰期的相关计算基本公式应用核反应方程的书写质量数守恒、电荷数守恒核能核能的理解核能的相关计算天然放射现象和衰变1．天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现．天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构．(2)放射性和放射性元素物质发射某种看不见的射线的性质叫放射性．具有放射性的元素叫放射性元素．(3)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是α射线、β射线、γ射线．2．原子核的衰变(1)原子核放出α粒子或β粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变．(2)分类Z－2Y＋42Heα衰变：A Z X→A4－1eZ＋1Y＋0β衰变：A Z X→A(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间．半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关．核反应和核能1．核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程．在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒．2．核能核子结合为原子核时释放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，亦称核能．3．质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损．由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2.1．(多选)(2014·甘肃省五市联考)关于核电站和核辐射，下列说法中正确的是( )A．核反应堆发生的是轻核聚变反应B．核反应堆发生的是重核裂变反应C ．放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关D ．放射性同位素的半衰期长短与地震、风力等外部环境有关【解析】 核反应堆发生的是重核裂变反应，选项A 错误，B 正确；放射性同位素的半衰期长短是由核内部本身决定，与外部条件无关，选项C 正确，D 错误．【答案】 BC2．(多选)“两弹一星”可以说长了中国人的志气，助了中国人的威风，下列有关原子弹和氢弹的说法正确的是( )A ．原子弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式 21H ＋31H→42He ＋10nB ．原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式235 92U ＋10n→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010nC ．氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式21H ＋31H→42He ＋10nD ．氢弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式235 92 U ＋10n→9038Sr ＋135 54Xe ＋1010n【解析】 本题考查的是对原子弹和氢弹的原理的认识，原子弹是根据重核的裂变原理，基本核反应方程式235 92U ＋10n→9038Sr ＋136 54Xe ＋1010n ；氢弹是根据轻核聚变原理，基本核反应方程式21H ＋31H→42He ＋10n ；B 、C 正确，A 、D 错误．【答案】 BC3．(2013·江苏四校联考)238 92U 发生衰变有多种可能性．其中的一种可能是238 92U 先衰变成210 83Bi ，再经一次衰变变成210 aX(X 代表某种元素)，或再经一次衰变变成b 81Ti ，210 aX 和b 81Ti 最后都衰变成206 82Pb ，衰变路径如图所示，则由图可知：①②③④四个过程中________是α衰变；________是β衰变．238 92U210 83Bi ――→① 210 aX ――→ ③206 82Pb ――→② b 81Ti ――→ ④【解析】 ②③放出的粒子质量数减少4，是α衰变；①④放出的粒子质量数不变，是β衰变．【答案】 ②③ ①④4．放射性同位素C 被考古学家称为“碳钟”，它可以用来判定古生物体的年代，此项研究获得1960年诺贝尔化学奖．(1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后，会形成很不稳定的14 6C ，它很容易发生衰变，放出β射线变成一个新核，其半衰期为5 730年．试写出此核反应方程．(2)若测得一古生物遗骸中的14 6C 含量只有活体中的25%，则此遗骸距今约有多少年？【解析】 (1)核反应方程： 14 7N ＋10n→14 6C ＋1H 14 6C→14 7N ＋01e(2)活体中的14 6C 含量不变，生物死亡后，遗骸中的14 6C 按其半衰期变化，设活体中14 6C 的含量为N0，遗骸中的14 6C 含量为N ，由半衰期的定义得：N ＝(12)t τN0即(0.2512)t τ所以t τ＝“2”t＝2T ＝11 460年． 【答案】 (1)见解析 (2)11 460年衰变和半衰期衰变类型α衰变 β衰变 衰变方程A Z X→A 4Z －2Y ＋42He AZX→ A Z ＋1Y ＋ 0－1e 衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体抛射出 中子转化为质子和电子 211H ＋210n→42He 10n→1H ＋ 0－1e 衰变规律 电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N 余＝N 原(12)t/τ，m 余＝m 原(12)t/τ 式中N 原、m 原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N 余、m 余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t 表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．(2013·上海高考)在一个238 92U 原子核衰变为一个206 82Pb 原子核的过程中，发生β衰变的次数为( )A ．6次B ．10次C ．22次D ．32次【审题指导】 在发生核反应时，质量数守恒，电荷数守恒．【解析】 一个238 92U 原子核衰变为一个206 82Pb 原子核的过程中，发生α衰变的次数为(238－206)÷4＝8次，发生β衰变的次数为2×8－(92－82)＝6次，选项A 正确．【答案】 A【迁移应用】1．(多选)关于天然放射现象，以下叙述正确的是( )A ．若使放射性物质的温度升高，其半衰期将减小B. β衰变所释放的电子是原子核内的中子转变为质子时产生的C ．在 α、β、 γ这三种射线中， γ射线的穿透能力最强，α射线的电离能力最强D ．铀核( 238 92U)衰变为铅核(206 82Pb)的过程中，要经过8次α衰变和10次β衰变【答案】 BC核反应方程的书写类型可控性 核反应方程典例 衰变α衰变 自发 238 92U→234 90Th ＋42He β衰变 自发 234 90Th→234 91Pa ＋ 0－1e人工 控制 14 7N ＋42He→17 8O ＋1H (卢瑟福发现质子)人工转变42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n 约里奥—居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n轻核聚变23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n目前无法控制21H＋31H→42He＋10n(2013·新课标全国卷Ⅰ)一质子束入射到静止靶核2713Al上，产生如下核反应：p＋2713Al→X＋n式中p代表质子，n代表中子，X代表核反应产生的新核．由反应式可知，新核X的质子数为__________，中子数为________．【审题指导】根据核反应前后电荷数和质量数守恒确定新核X的质子数和中子数．【解析】p为1H，n为10n，则Z A X中A＝1＋13－0＝14，Z＝27＋1－1＝27，则中子数为Z－A＝27－14＝13.【答案】14 13错误!1核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接.,2核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程.,3核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒.【迁移应用】2．现有四个核反应：A.21H＋31H→42He＋10nB.23592U＋10n→X＋8936Kr＋310nC.2411Na→2412Mg＋0－1eD.42He＋94Be→126C＋10n(1)________是发现中子的核反应方程，________是研究原子弹的基本核反应方程，________是研究氢弹的基本核反应方程．(2)求B中X的质量数和中子数．【解析】 (1)人工转变方程的特点是箭头的左边是氦核与常见元素的原子核．箭头的右边也是常见元素的原子核．D 是查德威克发现中子的核反应方程，B 是裂变反应，是研究原子弹的核反应方程．A 是聚变反应，是研究氢弹的核反应方程．(2)由电荷数守恒和质量数守恒可以判定，X 质量数为144，电荷数为56，所以中子数为144－56＝88.【答案】 (1)D B A(2)质量数为144，中子数为88 核能的产生和计算1.获得核能的途径(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程．重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积．(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．2．核能的计算方法(1)应用ΔE＝Δmc2：先计算质量亏损Δm，注意Δm 的单位1 u ＝1.66×10－27 kg,1 u 相当于931.5 MeV 的能量，u 是原子质量单位．(2)核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能．(2013·济南外国语学校模拟)太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为1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源．(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，则太阳每秒减少的质量为多少？(4)若太阳质量减少万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳能存在多少年．(太阳质量M ＝2×1030 kg，mp ＝1.007 3 u ，mHe ＝4.001 5 u ，me ＝0.000 55 u)【解析】 (1) 411H→42He ＋201e.(2)Δm＝4×1.007 3 u－(4.001 5＋2×0.000 55) u＝0.026 6 uΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.5 MeV＝24.78 MeV ＝4×10－12 J.(3)太阳每秒钟释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒钟减少的质量为Δm＝ΔE c2＝3.8×10263×1082kg ＝0.4×1010 kg. (4)太阳的质量为2×1030 kg，太阳还能存在的时间为t ＝ΔM Δm ＝2×1030×3×10－40.4×1010s ＝15×1016 s＝5×109(年) 【答案】 (1)见解析 (2)4×10－12 J (3)0.4×1010 kg(4)5×109年【迁移应用】3．为确定爱因斯坦的质能方程ΔE＝Δmc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E1＝0.60 MeV 的质子轰击静止的锂核73Li ，生成两个α粒子，测得两个α粒子的动能之和为E2＝19.9MeV，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取mp＝1.007 3u、mα＝4.001 5u、mLi＝7.016 0u，求：(1)写出该反应方程．(2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确．(1u＝1.660 6×10－27 kg)【解析】(1)核反应方程为：73Li＋1H→242He.(2)核反应的质量亏损：Δm＝mLi＋mp－2mα＝7.016 0u＋1.007 3u－2×4.001 5u＝0.020 3u 由质能方程可得与质量亏损相当的能量：ΔE＝Δmc2＝0.020 3×931 MeV＝18.9 MeV而系统增加的能量：ΔE′＝E2－E1＝19.3 MeV这些能量来自核反应中，在误差允许的范围内可认为相等，所以ΔE＝Δmc2正确．【答案】(1)73Li＋1H→242He (2)见解析。
高中物理核能的计算方法学法指导
高中物理核能的计算方法学法指导曹传涛有关核能的计算问题是原子物理章节中的一个重要的知识点，现以下面几个例题对核能的计算方法加以总结。
一、利用爱因斯坦的质能方程即△E=mc 2计算核能。
用这种方法计算核能应注意公式△E=mc 2中Δm 的单位是千克（kg ），ΔE 的单位是焦耳（J ）。
例 1. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核的质量为kg 2510853131.3-⨯，钍核的质量为kg 2510786567.3-⨯，α粒子的质量为kg 271064672.6-⨯，求出此过程中释放出的能量。
（结果保留二位有效数字）。
解析：此衰变过程前后的质量亏损为kg m 302725251068.9)1064672.610786567.3(10853131.3----⨯=⨯+⨯-⨯=∆故由爱因斯坦的质能方程可得JJ mc E 1328302107.8)103(1068.9--⨯=⨯⨯⨯=∆=∆二、根据1原子质量单位u 的质量相当于931.5MeV 能量计算核能。
用这种方法计算核能应注意公式△E=mc 2中Δm 的原子质量单位u ，ΔE 的单位是MeV 。
例 2. 裂变反应是目前核能利用中常用的反应，以原子核U 23592为燃料的反应堆中，当U 23592俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为9154.939178.1380087.10439.2353109438139541023592nSr Xe n U ++→+反应方程下方的数据是中子及相关原子的静止质量（以原子质量单位u 为单位）。
求此裂变过程中释放的能量。
解析：此裂变过程前后的质量亏损为u u m 1933.0)9154.939178.1380087.120439.235(=--⨯-=∆故此裂变过程中释放的能量MeV MeV m E 1805.931=⨯∆=∆三、利用阿伏加德罗常数计算核能例 3. 在氢弹爆炸中发生的核聚变方程为n He H H 10423121+→+，已知H 21的质量为2.0136u ，H 31的质量为3.0166u ，He 42的质量为4.0026u ，n 10的质量为1.0087u ，阿伏加德罗常数1231002.6-⨯=mol N A ，求此氢弹爆炸中当合成1kg 的氦时所释放的能量。
高三物理一轮复习资料【爱因斯坦质能方程 核能的计算】
高三物理一轮复习资料【爱因斯坦质能方程核能的计算】 [考点分析]1．命题特点：本考点常考核反应方程的书写、分类及核能的计算问题，多以选择题的形式出现，若与动量守恒定律或能量守恒定律相交汇，也可以以计算题的形式出现，难度中等偏上．2．思想方法：结论法、模型法等．[知能必备]1．核反应方程的书写(1)核反应过程一般不可逆，所以核反应方程中用“→”表示方向而不能用等号代替．(2)核反应方程遵循质量数守恒、电荷数守恒，但核反应前后的总质量一般会发生变化(质量亏损)且释放出核能．(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能只依据两个守恒规律凭空杜撰出生成物来写核反应方程．2．核能的理解与计算(1)比结合能越大，原子核结合的越牢固．(2)到目前为止，核能发电还只停留在利用裂变核能发电．(3)核能的计算方法：①根据爱因斯坦质能方程，用核反应的质量亏损的千克数乘以真空中光速c的平方，即ΔE＝Δmc2(J)．②根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核反应的质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5(MeV)．③如果核反应时释放的核能是以动能形式呈现，则核反应过程中系统动能的增量即为释放的核能．[真题再练]1． (多选)下列核反应方程中，X1、X2、X3、X4代表α粒子的有()A.21H＋21H→10n＋X1B．21H＋31H→10n＋X2C.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋3X3D.10n＋63Li→31H＋X4解析：BD A错：21H＋21H→10n＋32He.B对：21H＋31H→10n＋42He.C 错：235 92U ＋10n →144 56Ba ＋8936Kr ＋310n. D 对：10n ＋63Li →31H ＋42He.2．氘核21H 可通过一系列聚变反应释放能量，其总效果可用反应式621H →242He ＋211H ＋210n ＋43.15 MeV 表示．海水中富含氘，已知1 kg 海水中含有氘核约为1.0×1022个．若全都发生聚变反应，其释放的能量与质量为M 的标准煤燃烧时释放的热量相等；已知1 kg 标准煤燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV ＝1.6×10－13J ，则M 约为( )A ．40 kgB ．100 kgC ．400 kgD ．1 000 kg解析：C 根据核反应方程式，6个氘核聚变反应可释放出43.15 MeV 的能量，1 kg 海水中的氘核反应释放的能量为E ＝1.0×10226×43.15 MeV ≈7.19×1022 MeV ≈1.15×1010 J ，则相当于标准煤的质量为M ＝1.15×10102.9×107kg ≈400 kg.3． (多选)太阳辐射的总功率约为4×1026 W ，其辐射的能量来自于聚变反应．在聚变反应中，一个质量为 1 876.1 MeV/c 2(c 为真空中的光速)的氘核(21H)和一个质量为2 809.5MeV/c 2的氚核(31H)结合为一个质量为3 728.4 MeV/c 2的氦核(42He)，并放出一个X 粒子，同时释放大约17.6 MeV 的能量．下列说法正确的是( )A ．X 粒子是质子B ．X 粒子的质量为939.6 MeV/c 2C ．太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4×109 kgD ．太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 MeV/c 2解析：BC 该聚变反应方程为21H ＋31H →42He ＋10n ，X 为中子，A 项错误；根据题意可知该反应的质量亏损为Δm ＝ΔEc 2＝17.6 MeV/c 2，则X 粒子的质量为(1 876.1＋2 809.5－3 728.4－17.6)MeV/c 2＝939.6 MeV/c 2，故B 项正确；太阳每秒辐射能量ΔE ＝P Δt ＝4×1026 J ，由质能方程知Δm ＝ΔEc 2，故每秒辐射损失的质量Δm ＝4×1026(3×108)2 Kg ≈4.4×109 kg ，C 项正确；因为ΔE ＝4×1026 J ＝4×10261.6×10－19eV ＝2.5×1045 eV ＝2.5×1039 MeV ，则太阳每秒因为辐射损失的质量为Δm ＝Ec2＝2.5×1039 MeV/c 2，D 项错误．解答有关核反应方程问题的技巧1．熟记常见基本粒子的符号——是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10 n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H)、氚核(31H)等．2．熟悉核反应的四种基本类型——衰变、人工转变、裂变和聚变．3．掌握核反应方程遵守的规律——是正确书写核反应方程或判断某个核反应方程是否正确的依据，所以要理解并应用好质量数守恒和电荷数守恒的规律．4．明白核反应过程是不可逆的——核反应方程只能用箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．[精选模拟]视角1：核反应方程1．我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证，这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献．下列核反应方程中属于聚变反应的是()A.21H＋31H→42He＋10nB.14 7N＋42He→17 8O＋11HC.42He＋2713Al→3015P＋10nD.235 92U＋10n→144 56Ba＋8936Kr＋310n解析：A A项反应是聚变反应；B和C项反应是原子核的人工转变方程；D项反应是重核裂变反应；故选A.2．下列说法正确的是()A．在衰变方程239 94Pu→X＋42He＋γ中，X原子核的质量数是234B．核泄漏事故污染物137Cs能够产生对人体有害的辐射，其核反应方程为137 55Cs→137 56Ba ＋X，可以判断X为正电子C．放射性物质131I的衰变方程为131 53I→131 54Xe＋X，X为中子D．某人工转变的核反应方程为42He＋2713Al→3015P＋X，其中X为中子解析：D根据质量数守恒可得，X原子核的质量数A＝239－4＝235，A错误；根据质量数守恒和电荷数守恒知，137 55Cs→137 56Ba＋X中的X为电子，B错误；131 53I→131 54Xe＋X中，根据衰变过程中质量数和电荷数守恒可知，X为β粒子，C错误；人工转变的核反应方程为42He＋2713Al→3015P＋X，由质量数和电荷数守恒可知，X为中子，D正确．视角2：比结合能的理解3．(多选)原子核的比结合能随质量数的变化图象如图所示，根据该曲线，下列判断正确的是( )A ．中等质量核的比结合能大，这些核较稳定B.21H 核比63Li 核更稳定C.235 92U 核裂变成两个中等质量的核时释放能量 D.8936Kr 核的比结合能比23592U 核的大解析：ACD 由题图可知，中等质量的原子核的比结合能最大，所以中等质量的原子核最稳定，故A 正确．由题图可知21H 核离中等质量的原子核更远，故21H 核比63Li 核更不稳定，故B 错误；重核裂变成中等质量的核，有质量亏损，释放能量，故C 正确；由题图可知，8936Kr 核的比结合能比235 92U 核的大，故D 正确．视角3：核能的计算4．(多选)核电站中采用反应堆使重核裂变，将释放出的巨大能量转换成电能．反应堆中一种可能的核反应方程式是235 92U ＋10n →143 60Nd ＋9040Zr ＋x ＋y ，设U 核质量为m 1，中子质量为m 2，Nd 核质量为m 3，Zr 核质量为m 4，x 质量为m 5，y 质量为m 6，那么，在所给的核反应中( )A ．x 可能是321H ，y 可能是11－1e B ．x 可能是310n ，y 可能是8 0－1eC ．释放的核能为(m 1＋m 2－m 3－m 4－m 5－m 6)c 2D ．释放的核能为(m 3＋m 4＋m 5＋m 6－m 1－m 2)c 2解析：BC 根据质量数和电荷数守恒，若x 是321H ，y 是11 0－1e ，则质量数不守恒，若x 是310n ，y 是8 0－1e ，则满足质量数和电荷数守恒，故A 错误、B 正确；根据能量转化可知反应前的质量大于反应后的质量，因为反应时一部分质量转化为能量释放出去了，故C 正确、D 错误．5．(多选)太阳能量的来源是轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢，核聚变反应可以看作是4个氢核(11H)结合成1个氦核同时放出2个正电子．下表中列出了部分粒子的质量⎝⎛⎭⎫取1 u ＝16×10－26 kgA．核反应方程为411H→42He＋201eB．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为0.026 6 kgC．4个氢核结合成1个氦核时的质量亏损约为4.43×10－29 kgD．聚变反应过程中释放的能量约为4.0×10－12 J解析：ACD由核反应的质量数守恒及电荷数守恒得411H→42He＋201e，故A正确．反应中的质量亏损为Δm＝4m p－mα－2m e＝(4×1.007 3－4.001 5－2×0.000 55)u＝0.026 6 u＝4.43×10－29kg，故C正确，B错误．由质能方程得ΔE＝Δmc2＝4.43×10－29×(3×108)2 J≈4.0×10－12 J，故D正确．。
高考物理一轮复习(要点+命题导向+策略)1652核反应 核能的利用课件
答案：D
答案：CD
答案：BD
答案：B
5．(2008·全国卷Ⅱ)中子和质子结合成氘核时，质量亏损为Δ m，相应的能量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．用能量等于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
[答案] D
题后反思：核能的计算方法 (1)根据爱因斯坦质能方程，ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)． (2)1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则ΔE＝Δm×931.5 MeV(Δm的单位：u,1u＝1.660 566×10－27kg)
为确定爱因斯坦的质能方程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＝19.9 MeV，已知质子、α粒子、锂粒子的质量分别取mp＝1.0073 u、mα＝4.0015 u、mLi＝7.0160 u，求： (1)写出该反应方程． (2)通过计算说明ΔE＝Δmc2正确．
考点二 核力 核能 ►基础梳理◄ 1．核力：核子之间的相互作用力叫核力．它是短程力． 2．结合能：由于原子核之间存在着强大的核力，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功，即要提供一定的能量；反过来，根据能量转化与守恒定律可知，核子在结合成原子核时要放出一定的能量，这个能量称为结合能． 3．质量亏损：核子在结合成原子核的过程中质量减少了称为质量亏损．
2．热核反应和裂变反应相比，具有许多优越性．首先，热核反应释放的能量，就相同质量的核燃料来讲，比裂变反应大．再有，裂变时产生放射性物质，处理起来比较困难．热核反应在这方面的问题要简单得多．第三，热核反应所用的燃料——氘，在地球上的储量非常丰富.1 L海水中大约有0.038 g氘，如果用来进行热核反应，放出的能量和燃烧300 L汽油相当．因此，海水中的氘就是异常丰富的能源．
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15.3 核反应核能质能方程一、考点聚焦核能．质量亏损．爱因斯坦的质能方程Ⅱ要求核反应堆．核电站Ⅰ要求重核的裂变．链式反应．轻核的聚变Ⅰ要求可控热核反应．Ⅰ要求二、知识扫描1、核反应在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变14 7N+42He 178O+11H 质子11H的发现方程卢瑟福9 4Be+42He 126C+1n 中子1n的发现方程查德威克2、核能（1）核反应中放出的能量称为核能（2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．（3）质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ23、裂变把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变典型的裂变反应是：235 92Ｕ+1ｎ9038Ｓr+13654Ｘe+101ｎ4．轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为：2 1Ｈ+31Ｈ42Ｈe+1ｎ5．链式反应一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应三、好题精析例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。
）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为νe＋3717Cl→3718Ar十 0－1e已知3717Cl核的质量为36.95658 u，3718Ar核的质量为36.95691 u， 0－1e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为（A）0.82 Me V （B）0.31 MeV （C）1.33 MeV （D）0.51 MeV [解析] 由题意可得：电子中微子的能量E≥E∆=mc2-（m Ar+m e-m Cl）·931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV=0.82MeV则电子中微子的最小能量为 E min =0.82MeV[点评] 应用爱因斯坦质能方程时，注意单位的使用。
当m ∆用kg 单位，c 用m/s 时，E ∆单位是J ，也可像本题利用1 u 质量对应的能量为931.5MeV.例2、质子、中子和氘核的质量分别为ｍ１、ｍ２、ｍ３，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克恒量为ｈ，真空中光速为ｃ，则γ射线的频率υ＝ ______ ．[解析] 核反应中释放的能量ΔＥ＝Δｍｃ２以释放光子的形式释放出来，由于光子的能量为h υ，依能量守恒定律可知：h υ=Δｍｃ２据此便可求出光子的频率。
质子和中子结合成氘核：11Ｈ+10ｎ 21Ｈ+γ这个核反应的质量亏损为：Δｍ＝ｍ１＋ｍ２－ｍ３根据爱因斯坦质能方程 ΔＥ＝Δｍｃ２此核反应放出的能量 ΔＥ＝（ｍ１＋ｍ２－ｍ）c 2以γ射线形式放出，由Ｅ＝h υυ= hc m m m 2321)(-+ [点评] 此题考查计算质量亏损，根据爱因斯坦质能方程确定核能．关键是对质量亏损的理解和确定．例3、如图所示，有界匀强磁场的磁感应强度为B ，区域足够大，方向垂直于纸面向里，直角坐标系xoy 的y 轴为磁场的左边界，A 为固定在x 轴上的一个放射源，内装镭核（88226Ra ）沿着与+x 成θ角方向释放一个α粒子后衰变成氡核（Rn ）。
α粒子在y 轴上的N 点沿-x 方向飞离磁场，N 点到O 点的距离为l ，已知OA 间距离为l 2，α粒子质量为m ，电荷量为q ，氡核的质量为m 0。
（1）写出镭核的衰变方程；（2）如果镭核衰变时释放的能量全部变为α粒子和氡核的动能求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。
[解析]（1）镭核衰变方程为：He R Ra n 422228622688+→ （2）镭核衰变放出α粒子和氡核，分别在磁场中做匀速圆周运动，α粒子射出y 轴时被粒子接收器接收，设α粒子在磁场中的轨道半径为R ，其圆心位置如图中O '点，有222)2()(R l R l =+-，则l R 85= ① α粒子在磁场中做匀速圆周运动，有Rv m gvB 2=，即qBR mv =，② α粒子的动能为mqBl m qBR m mv mv E 128)5(2)(2)(2122221==== ∴ 衰变过程中动量守恒00v m mv =，④则氡核反冲的动能为01200221m mE v m E == ⑤ ∴ m qBl m m m E E E 128)5(20021+=+= ⑥ [点评] 要熟练掌握核反应方程，动量守恒定律，带电粒子在匀强磁场中的圆周运动规律的综合运用。
例4. 核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。
近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。
一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子了。
若已知氘原子的质量为2.0141u ，氚原子的质量为3.0160u ，氦原子的质量为4.0026u ，中子的质量为1.0087u ，1u=1.66×10-27kg 。
⑴写出氘和氚聚合的反应方程。
⑵试计算这个核反应释放出来的能量。
⑶若建一座功率为3.0×105kW 的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×107s 计算，光速c=3.00×108m/s ，结果取二位有效数字）[解析] （1） n He H H 10423121+→+ （2）ΔE=Δmc 2=（2．0141+3．0160-4．0026-1．0087）×1．66×10-27×32×1016J=2.8×10-12J（3）M=271066.10141.22-⨯⨯⨯∆Ept =122778108.21066.10141.2102.31032--⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=23kg [点评]例 5．众所周知，地球围绕着太阳做椭圆运动，阳光普照大地，万物生长．根据学过的知识试论述说明随着岁月的流逝，地球公转的周期，日、地的平均距离及地球表面的温度的变化趋势．[解析] 太阳内部进行着剧烈的热核反应，在反应过程中向外释放着巨大的能量，这些能量以光子形式放出．根据爱因斯坦质能关系： ΔＥ＝Δｍ·ｃ2 ，知太阳质量在不断减小．地球绕太阳旋转是靠太阳对地球的万有引力来提供向心力 G 2RmM =m ω2R ， 现因M 减小，即提供的向心力减小，不能满足所需的向心力，地球将慢慢向外做离心运动，使轨道半径变大，日地平均距离变大．由上式可知，左边的引力G 2RmM 减小，半径R 增大，引起地球公转的角速度变化，从而使公转周期变化 G 2RmM =m 224T πR ，T 2=GM R 324π，即 T 增大． 一方面，因太阳质量变小，发光功率变小；另一方面，日地距离变大，引起辐射到地球表面的能量减小，导致地球表面温度变低．[点评] 该题集原子物理与力学为一体，立意新颖，将这一周而复始的自然用所学知识一步一步说明，是一道考查能力、体现素质的好题．四、变式迁移1、静止在匀强磁场中的23892U 核，发生。
衰变后生成Th 核，衰变后的α粒子速度方向垂直于磁场方向，则以下结论中正确的是( )①衰变方程可表示为：23892U →23490Th+42He②衰变后的Th 核和α粒子的轨迹是两个内切圆，轨道半径之比为1:45 ③Th 核和α粒子的动能之比为2:17④若α粒子转了117圈，则Th 核转了90圈A ．①③B ．②④C ①②D ．③④2．下列核反应或核衰变方程中，符号“X ”表示中子的是(A) X C He Be 1264294+→+ (B)X O He N +→+17842147(C)X H Pt n Hg ++→+112027810204802 (D)X Np U +→2399323992五、能力训练一、选择题1、下列关于原子结构和原子核的说法正确的是（）A 卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构15.5-3B 天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是γ射线C 据图15.3-3可知，原子核A裂变变成原子核B和C要放出核能D 据图15.3-3可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收核能2、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，释放的能量约为( )A 21.04MeVB 35.56MeVC 77.64MeVD 92.16MeV3、下列说法正确的是A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应B、卢瑟福的a粒子散射实验可以估算原子核的大小C、玻尔理论是依据a粒子散射实验分析得出的D、氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，总能量增大4．中微子失踪之迷是一直困扰着科学家的问题。
原来中微子在离子开太阳向地球运动的过程中，发生“中微子振荡”，转化为一个μ子和一个τ子。
科学家通过对中微子观察和理论分析，终于弄清了中微子失踪的原因，成为“2001年世界十大科技突破”之一。
若中微子在运动中只转化为一个μ子和一个τ子，并已知μ子的运动方向与中微子原来的方向一致，则τ子的运动方向（）A 一定与中微子方向一致B一定与中微子方向相反 C 可能与中微子方向不在同一直线上 D 只能中微子方向在同一直线上5.在一定条件下，让质子获得足够大的速度，当两个质子p以相等的速率对心正碰，将发生下列反应：P+P→P+P+P+p其中p是P反质子(反质子与质子质量相等，均为m p，且带一个单位负电荷)，则以下关于该反应的说法正确的是A．反应前后系统总动量皆为0B．反应过程系统能量守恒C．根据爱因斯坦质能方程可知，反应前每个质子的能量最小为2m p c2：D．根据爱因斯坦质能方程可知，反应后单个质子的能量可能小于m p c26．用α粒子轰击铍核(94Be)，生成一个碳核(126C)和一个粒子，则该粒子( )(A)带正电，能在磁场中发生偏转（B)在任意方向的磁场中都不会发生偏转(C)电离本领特别强，是原子核的组成部分之一(D)用来轰击铀235可引起铀榱的裂变7.假设钚的同位素离子23994Pu静止在匀强磁场中，设离子沿与磁场垂直的方向放出α粒子后，变成铀的一个同位素离子，同时放出能量为E=0.09Mev的光子。