2019年高考物理二轮复习专题讲义：原子物理 109.结合能和核能的利用(含答案)

原子核与核能的利用在现代科技发展的背景下，原子核与核能的利用已经成为人们热议的话题。

原子核是物质的基本组成部分之一，而核能则是从原子核中释放出的能量。

本文将探讨原子核的结构、核能的利用以及其在科学研究和能源开发中的重要性。

一、原子核的结构原子核是由质子和中子组成的，其中质子带正电荷，中子带中性。

质子和中子被称为核子，它们通过强相互作用相互吸引而存在于原子核中。

在原子核中，质子和中子的数量决定了原子的化学性质和同位素的形成。

二、核能的释放核能是原子核内部结构的能量。

由于质子和中子之间的强相互作用，原子核的结构比较稳定。

然而，在某些情况下，核反应会导致原子核的变化，从而释放出核能。

核能释放的主要方式有两种：核裂变和核聚变。

核裂变是指重核（通常指铀或钚）被中子轰击后裂变成两个中等大小的核片段，同时释放出大量能量和几个快中子。

而核聚变是指轻核（如氢和氦）融合成更重的核，这个过程在太阳和恒星中发生，并释放出巨大的能量。

三、核能的利用1. 核能在能源领域的利用核能被广泛应用于能源领域，以满足不断增长的电力需求。

核能发电是目前世界上最重要的电力来源之一。

核电站利用核裂变反应产生的热能，通过蒸汽轮机驱动发电机，把核能转化为电能。

这种方式的优势在于能量密度高、露天燃烧不产生大气污染物和温室气体排放，同时具有持续稳定的供电能力。

2. 核能在科学研究中的应用原子核是研究基本粒子结构和宇宙起源的重要工具。

通过加速器实验和核物理实验，科学家们可以观察到原子核的反应过程、核物质的性质以及高能粒子的行为。

这些实验为理解宇宙的基本规律提供了重要的线索，也为科学技术的进步提供了基础。

3. 核能在医学和工业中的应用核技术在医学诊断和治疗中起到了重要的作用。

例如，核医学中的放射性同位素可以用于诊断肿瘤、检查器官功能和治疗癌症等。

此外，在工业领域，核技术也被广泛应用于材料分析、粒子激发和辐射处理等。

四、核能的发展与挑战尽管核能在能源和科技领域发挥着巨大的作用，但其利用仍然面临一些挑战和争议。

第2讲 原子核和核能见学生用书P185微知识1 天然放射现象1．天然放射现象：某些元素自发地放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素。

2．三种射线的本质：α射线是氦核流，β射线是电子流，γ射线是电磁波。

微知识2 原子核的衰变 1．定义原子核自发地放出某种粒子而转变为新核的变化叫原子核的衰变。

2．分类(1)α衰变：AZ X ―→A －4Z －2Y ＋42He ，同时放出γ射线。

(2)β衰变：AZ X ―→AZ ＋1Y ＋ 0－1e ，同时放出γ射线。

3．半衰期(1)定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。

(2)半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因素决定，跟原子所处的物理状态(如压强、温度等)或化学状态(如单质或化合物)无关。

微知识3 放射性同位素及应用 1．同位素有些原子的原子核电荷数相同，但质量数不同，这样一些具有相同核电荷数和不同质量数的原子互称为同位素。

2．放射性同位素的应用(1)放射性同位素放出的射线应用于工业探伤、农业、医疗等。

(2)做示踪原子。

微知识4 核反应用高能粒子轰击靶核，产生另一种新核的反应过程。

典型核反应：(1)卢瑟福发现质子的核反应方程。

14 7N ＋42He ―→17 8O ＋11H 。

(2)查德威克发现中子的核反应方程。

94Be ＋42He ―→126C ＋10n 。

(3)约里奥－居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程。

2713Al ＋42He ―→3015P ＋10n, 3015P ―→3014Si ＋01e 。

常见的核反应有：衰变、人工转变、裂变和聚变。

微知识5 核能 1．核能由于原子核中的核子间存在强大的核力，使得原子核成为一个坚固的集合体，要把原子核中的核子拆散，就得克服核力而做巨大的功，反之，要把核子集合成一个原子核，就要放出巨大的能量。

2．质能方程(1)质能方程：E ＝mc 2，m 是物体的质量，c 是真空中的光速。

高考物理原子物理知识点解析在高考物理考试中，原子物理是一个重要的知识点。

了解和理解原子物理的概念和相关知识对于物理考试的成功至关重要。

本文将对高考物理中的原子物理知识点进行解析和讲解。

一、原子的结构原子是构成物质的最基本单元。

它由正电荷的质子、带负电荷的电子和无电荷的中子组成。

电子围绕着原子核运动，中子和质子则存在于原子核中。

原子的结构对于物质的性质和变化起着决定性的作用。

二、原子的基本粒子1. 质子（P）：质子是带正电荷的粒子，其电荷数值为+1。

质子的质量大约为1.67×10-27千克。

2. 中子（N）：中子是无电荷的粒子，相对于质子来说质量稍大一些。

中子的质量也大约为1.67×10-27千克。

3. 电子（e）：电子是带负电荷的粒子，其电荷数值为-1。

电子的质量相对于质子和中子来说非常小，约为9.1×10-31千克。

三、元素与原子序数元素是由具有相同原子序数的原子组成的。

原子序数是指元素周期表中原子的序号，也是质子数的数值，代表了元素的特性。

例如，氧元素的原子序数为8，表示其原子中有8个质子。

而氧元素的电子数也相等于其原子序数，因为氧元素是电中性的，所以电子数等于质子数。

四、同位素同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的原子。

质量数是指质子数和中子数之和。

同位素具有相同的化学性质，但由于质量数的差异，其核结构和核稳定性会有所不同。

五、原子核的稳定性和放射性原子核的稳定性取决于质子数和中子数的比例。

当质子数和中子数的比例适当时，原子核会相对稳定。

然而，当质子数过多或过少时，原子核就会变得不稳定，从而发生放射性衰变。

放射性衰变是原子核不稳定的情况下，通过释放粒子或电磁辐射来变得更加稳定的过程。

六、射线和辐射放射性元素会释放出射线和辐射。

射线通常分为α射线、β射线和γ射线。

α射线是由氦原子核组成的，因此其带有2个质子和2个中子。

α射线具有较强的穿透力，通常只能穿透几厘米左右的空气或者一小段轻质物质。

核能的释放核反应与核能的利用核能的释放: 核反应与核能的利用核能是一种强大而复杂的能量形式，可以通过核反应来释放。

核反应是指原子核发生变化，释放出能量并产生新的核粒子。

核反应可以分为两种类型：核裂变和核聚变。

核裂变是指重核（如铀、钚等）被轻粒子（如中子）撞击后发生的反应，使原子核分裂成两个或多个较小的核片段。

核裂变反应被广泛运用于核能的发电和核武器的制造。

核裂变产生的能量主要来自于原子核中结合能的释放，同时伴随着大量的中子释放。

这些中子可以继续引发新的核反应，形成所谓的链式反应。

在核裂变中，产生的核片段通常带着很高的动能，被称为快中子。

这些快中子在传播过程中还会与周围的原子核发生碰撞，从而产生新的核裂变反应。

核聚变是指轻核（如氘、氚等）在高温和高能环境下发生的反应，使原子核合并形成较重的核。

核聚变是太阳和恒星释放能量的主要机制，并被认为是一种清洁而可持续的能源形式。

核聚变产生的能量来自于原子核合并时释放出来的结合能。

在核聚变中，高能粒子经过核反应后释放出的能量，通常以形式释放为高速的带电粒子或高能的辐射（如中子和γ射线）。

由于核聚变反应需要极高的温度和密度才能发生，目前人类在实际应用中仍面临许多技术挑战。

核能的利用主要集中在核能发电和核技术应用两个方面。

核能发电是利用核裂变反应释放的能量来产生电力的过程。

核能发电厂通常使用铀-235或钚-239等裂变性核燃料。

在核反应堆中，裂变材料被放置在反应堆芯中，并通过控制材料之间的中子传输来维持核链式反应的平衡。

核反应堆中的裂变产物会释放大量的热能，然后通过冷却剂（如水或氦气）的循环来将这些热能转换成蒸汽，进而驱动涡轮发电机产生电力。

核能发电具有能量密度高、碳排放低和稳定可靠等优点，但是也存在核废料处理和核安全等问题。

核技术应用广泛涵盖医疗、工业和科学领域。

核技术在医疗诊断中广泛应用于放射性同位素的医学显像和治疗等方面。

例如，放射性同位素可以用于骨骼显像、肿瘤治疗和心血管检查等。

结合能的概念
能量是自然界中一种基本的物理量，而结合能则是一种很特殊的能量形式。

在
物质的转化过程中，结合能扮演着非常重要的角色。

结合能是指物质内部原子或分子之间相互作用所释放出的能量，这种能量能够保持物质的结构和稳定性。

结合能的来源
结合能的来源主要包括核能和化学能。

核能是指原子核内部的结合能，可以通
过核裂变或核聚变释放出来。

化学能则是指物质分子内部的结合能，当化学键被形成或断裂时，释放或吸收了化学能。

结合能的作用
结合能在自然界中扮演着非常重要的作用。

首先，在化学反应中，结合能的释
放或吸收决定了反应的热力学性质。

其次，在核反应中，结合能的释放不仅可以用来产生能量，还可以产生强大的破坏力，如核武器。

最后，在天体物理学中，恒星通过核聚变释放结合能，维持自身的稳定和持续的辐射能量。

结合能与能量转化
结合能并不是永恒不变的，它可以转化为其他形式的能量，比如热能、光能等。

当物质发生变化时，结合能也会发生变化。

通过合适的方法和途径，我们可以利用物质内部的结合能进行能量转化，产生各种实用的能源。

结合能的未来
随着能源需求的增长和对可再生能源的追求，研究结合能的利用已经成为一个
热点领域。

人们希望能够更加高效地利用结合能，开发出更加清洁、高效的能源方案，为人类社会的可持续发展做出贡献。

结合能作为一种独特的能量形式，深刻影响着我们的生活和科技发展。

通过对
结合能的深入研究和利用，我们可以不断探索出更多有益的应用和发现，为人类未来的发展带来新的希望与可能。

原子核与核能的利用原子核与核能的利用对人类的生活产生了深远的影响，它不仅在能源领域发挥着重要作用，还为医学、工业、农业等多个领域提供了技术支持。

本文将就原子核的结构、核能的开发与利用以及核能的安全问题展开讨论。

一、原子核的结构核能的利用离不开对原子核结构的了解。

原子核由质子和中子组成，质子带有正电荷，中子不带电荷。

质子和中子都存在于原子核的核心区域，而电子则位于核外的电子壳层。

在原子核内，质子和中子之间通过强相互作用相互吸引，同时由于质子与质子之间的静电排斥，核内存在着动态的平衡状态。

原子核的质量集中在质子和中子上，电子的质量相对较小。

通过改变原子核的组成，人类可以对核反应进行控制，从而实现核能的利用。

二、核能的开发与利用核能的开发与利用主要通过核裂变和核聚变两种方式实现。

1.核裂变核裂变是指重核（如铀、钚）在受到中子轰击后发生分裂，产生大量能量的过程。

核裂变能够产生大量热能，这种热能可以转化为电能、燃料或其他形式的能量。

核裂变技术在核电站中得到广泛应用，核电站利用核裂变反应产生的热能驱动蒸汽涡轮发电机组，将热能转化为电能，为人类提供清洁的、可持续的能源供应。

2.核聚变核聚变是指轻核（如氢同位素）在高温高压的条件下发生融合，释放出巨大能量的过程。

核聚变是太阳、恒星等天体的能量来源，也是人类追求的一种理想能源形式。

目前，人类还未能实现可控的核聚变反应，但是科学家们正在不断研究和探索，希望能够在未来实现核聚变能源的商业化利用。

核聚变能源的开发将不仅能够提供高效的能源供应，还能够避免核废料和放射性污染的问题。

三、核能的安全问题核能的利用虽然带来了丰富的能源供应，但是也伴随着核能安全问题的关注。

核事故可能对环境和人体健康造成严重影响。

1.核辐射核能利用过程中会产生各种不同类型的辐射，如α粒子、β粒子、γ射线等。

这些辐射对人体组织和细胞产生影响，长期暴露于核辐射可能引发癌症和基因突变等健康问题。

2.核事故核事故是核能利用过程中最为严重的安全问题之一。

物理总复习：核能、核能的利用编稿：李传安审稿：张金虎【考纲要求】1、知道核力及结合能、质量亏损等概念2、会配平和书写核反应方程式3、知道核能获取的两种方式，了解核反应堆的主要组成部分，能进行简单的有关核能的计算问题【考点梳理】考点一、核能要点诠释：1、核力核子间作用力。

其特点为短程强引力：作用范围为2.0×10－15m，只在相邻的核子间发生作用。

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。

比结合能：结合能与核子数之比称做比结合能，也叫平均结合能。

比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

不同原子核的比结合能是不一样的，由比结合能曲线可以看出：中等大小的核比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。

3、质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程E＝mc2说明物体的质量和能量之间存在着一定的关系，一个量的变化必然伴随着另一个量的变化。

核子在结合成原子核时放出核能，因此，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小△m，这就是质量亏损。

由质量亏损可求出释放的核能△E＝△mc2；反之，由核能也可求出核反应过程的质量亏损。

4、△E＝△mc2是计算核能的常用方法。

在具体应用中要注意单位制的统一及不同单位的换算。

若质量单位取原子质量单位u，则：此结论亦可在计算中直接应用。

另外，在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为生成的新核和新粒子的动能。

因而在此情况下可应用力学原理—动量守恒和能量守恒来计算核能。

5、质能方程的理解对于质量亏损，切忌不能认为这部分质量转化成了能量，质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一，决不能把物质和它们的某一属性（质量和能量）等同起来。

第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在量值上的联系决不等于这两个量可以相互转化。