鲁科版物理选修3-5新素养讲义第4章核能本章优化总结Word版含答案

本章优化总结[学生用书P62]原子核变化的类型[学生用书P63]某种元素的原子核变成另一种元素的原子核的过程，有四种常见的类型，分别为衰变、人工转变、重核裂变和轻核聚变．不同的核变化过程中都伴随着核子(质子、中子)数目的变化和能量变化．所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒．1．衰变α衰变：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰变：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e＋β衰变：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)eγ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级．2．人工转变eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(发现质子的方程)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(发现中子的方程)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(人工制造放射性同位素)3．重核的裂变：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n重核分裂为中等质量的原子核，在一定条件下(超过临界体积)，裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应．4．轻核的聚变：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(需要几百万摄氏度高温，所以又叫热核反应)．核反应有以下几种情况：一是衰变，二是人工转变，三是裂变，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)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()属__________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，属__________；(3)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋()，属__________；(4)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋()，属________．[解析]根据质量数和电荷数守恒可判定：(1)中的未知核为eq\o\al(4,2)He，该反应属衰变；(2)中的未知核为eq\o\al(4,2)He，该反应属人工转变；(3)中的未知核为eq\o\al(1,0)n，该反应属于聚变；(4)中的未知核为10eq\o\al(1,0)n，该反应属于裂变．[答案]见解析eq\a\vs4\al()衰变与其他核反应最主要的区别为前者自发进行，不需要其他粒子诱发，生成α、β或γ粒子；重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核．核能的计算[学生用书P63]eq\a\vs4\al(1.)根据质量亏损计算，由爱因斯坦质能方程，用核反应过程中的质量亏损(Δm)与真空中光速(3×108m/s)平方的乘积，即ΔE＝Δmc2.①eq\a\vs4\al(2.)根据1原子质量单位(1u)相当于931.56MeV的能量，用核反应过程中的质量亏损的原子质量单位数乘以931.56MeV，即ΔE＝Δm×931.56MeV.②在利用以上两式来计算核能时，应用过程应注意以下几点：(1)式①中的Δm的单位为kg，ΔE的单位是J；式②中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.(2)如果在核反应中无光子辐射，核反应中释放的能量全部转化为生成的新核和新粒子的动能，在这种情况下，可利用力学中的动量守恒和能量守恒来处理有关问题．(3)核反应中的质量亏损并不是核子个数(即质量数)的亏损，核子个数是守恒的．所谓质量亏损，也不是质量的消失，只是在核反应过程中伴随着能量的辐射所体现出的相应部分质量的减少．eq\a\vs4\al(3.)利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．eq\a\vs4\al(4.)根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及到质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化．eq\a\vs4\al(5.)应用阿伏伽德罗常数计算核能若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏伽德罗常数计算核能较为简便．(1)根据物体的质量m和摩尔质量M，由n＝eq\f(m,M)求出物质的量，并求出原子核的个数：N＝NAn＝NAeq\f(m,M).(2)由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)．(3)再根据E＝NE0求出总能量．氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程为：eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核的平均结合能分别为：EH＝1.112MeV，EHe＝7.075MeV，ELi＝5.603MeV，试求此核反应过程中释放的核能．[思路点拨]此题可先计算7个核子被拆散时需吸收的能量，然后再计算7个核子聚成锂核时释放的能量．两者的差值即核反应释放的能量．[解析]eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He分解成核子需提供能量，核子结合成eq\o\al(7,3)Li时释放能量，则此核反应过程中释放的核能为两者之差．eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He分解成7个核子所需的能量为：E1＝3×1.112MeV＋4×7.075MeV＝31.636MeV.7个核子结合成eq\o\al(7,3)Li，释放的能量