选修3-5第十九章 第七、八节 核聚变

教材习题点拨

教材习题全解

1．从以下几个方面比较核反应与化学反应的相同和相异之处。

(1)它们各自涉及四种基本力中的哪一种？

(2)每种反应分别改变了或重新安排了什么？

答：(1)核反应涉及四种基本力中的强相互作用，化学反应涉及四种基本力中的电磁相互作用。

(2)核反应改变了原子核，化学反应可以改变核外电子的排列，从而改变分子结构。

2．通常我们看到物体的能量发生变化时，为什么觉察不到物体质量发生的变化？

答：根据质能关系可知ΔE＝Δmc2。由于光速很大，我们通常看到的物体能量的变化量对应的质量的变化量很小，因此我们觉察不到质量发生变化。

3．碳原子质量的112叫做原子质量单位，用u表示。请根据E＝mc2证明：1 u相当于931

MeV。

证明：将题中所给的数据代入公式E＝mc2，得

E＝1.660 6×10－27×(2.997 9×108)2 J＝1.492 4×10－10 J＝931 MeV。

4．印刷“两弹一星”这四个字的油墨的质量大约是1 μg(10－9kg)，与这些质量相当的能量如果完全用来增加重力势能，它可以使一架本身质量6 000 kg，载有60名体重50 kg学生的直升机升到多高？

解：1 μg的质量对应的能量为E＝mc2＝1×10－9×(3×108)2 J＝9×107 J

载有学生的直升机升高的高度为h＝Em1＋m2g＝9×1073 000＋6 000×9.8 m＝1.02×103 m。

-------------------------天才是百分之一的灵感加百分之九十九的勤奋------------------------------

金戈铁制卷 第十九章 第7节 核聚变 第8节 核裂变

基础夯实

一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)

1．(江苏徐州市2015～2016学年高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是235 92U＋X→144 56Ba＋8936Kr＋310n，关于该反应，下列说法正确的是( C )

A．X是质子

B．该反应是核聚变反应

C．235 92U的比结合能小于144 56Ba的比结合能

D．释放出的中子对于链式反应的发生没有作用

解析：该反应是裂变反应，X是中子，释放的中子引起链式反应，故A、B、D错误；235 92U的比结合能小于144 56Ba的比结合能，C正确。

2．2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是( B )

A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成

B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成

C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成

D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成

解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性电荷。 因此“反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量。所以反氢原子是由 1－1H核和01e构成的。

3．2002年，美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是( B )

.

. 第5节核力与结合能

1．原子核内相邻核子之间的作用力叫核力，把原子核内核子分开所需要的能量叫结合能。

2．结合能与核子数之比叫比结合能。比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。

3．原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫做质量亏损。

一、核力与四种基本相互作用

1．核力

(1)定义：原子核里的核子间的相互作用力。

(2)作用：把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。

2．核力的特点

(1)核力是强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多。

(2)核力是短程力，作用范围在1.5×10－15 m之内。核力在大于0.8×10－15 m，小于1.5×10－15 m的范围内表现为吸引力，在小于0.8×10－15 m时表现为斥力。

(3)每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。

3．第四种相互作用

核物理学家在原子核内发现了自然界的第四种相互作用——弱相互作用，弱相互作用是引起原子核β衰变的原因。该作用也是短程力，其力程比强力更短，为10－18 m，作用强度比电磁力小。

4．四种基本相互作用 .

. 四种基本相互作用包括万有引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用，在相同距离上，电磁力大约比万有引力强1035倍。

二、原子核中质子与中子的比例

1．较轻原子核：质子数和中子数大致相等。

2．较重原子核：中子数大于质子数，越重的原子核两者相差越多。

三、结合能与质量亏损

1．结合能

原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，也需要能量，这就是原子核的结合能。

2．比结合能

原子核的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。中等大小的核的比结合能最大，最稳定。

3．质能方程

物体的能量与它们质量的关系是：E＝mc2。

4．质量亏损

原子核的质量小于组成它的核子的质量之和的现象。

- 1 - 核聚变 粒子和宇宙

核聚变

[探新知·基础练]

1．核聚变

(1)定义：

两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫做聚变。聚变后比结合能增加，因此反应中会释放能量。

(2)发生条件：

轻核聚变必须在温度达到几百万开尔文时，才可以发生，因此又叫热核反应。聚变一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就会使反应继续下去。

(3)实例：

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射堆；

③典型的核聚变：一个氘核和一个氚核的聚变，21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，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。

2．受控热核反应

(1)聚变与裂变相比有很多优点： - 2 - 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。

(2)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。

[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)

1．我国一些核电站已经开始大规模利用轻核聚变发电。(×)

2．轻核聚变须达到几百万开尔文以上的高温，自然界不存在轻核聚变。(×)

[释疑难·对点练]

1．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。

例如：21H＋31H→10n＋42He＋17.6 MeV。

2．聚变发生的条件：要使轻核聚变，必须使轻核间距达到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。

3．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。