2018版高中物理第4章核能第2节核裂变教师用书鲁科版选修3_5

核力与核能★新课标要求（一）知识与技能1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用；2．知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小；3．理解结合能的概念，知道核反应中的质量亏损；4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量的关系。

（二）过程与方法1．会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力。

（三）情感、态度与价值观1．使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力；2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义。

★教学重点质量亏损及爱因斯坦的质能方程的理解。

★教学难点结合能的概念、爱因斯坦的质能方程、质量与能量的关系。

★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

★课时安排1 课时★教学过程（一）引入新课复习提问：氦原子核中有两个质子，质子质量为m p=1.67×10-27kg，带电量为元电荷e=1.6×10-19C，原子核的直径的数量级为10-15m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍?学生通过计算回答：两者相差1036倍问：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散?会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢?今天就来学习这方面的内容，也就是第五节：核力与结合能(板书) 点评：让学生从熟悉的库仑定律和万有引力定律出发，比较氦原子核中两个质子之间的库仑斥力与万有引力的大小，产生强烈的认知冲突,进而引入核力的概念。

（二）进行新课1．核力与四种基本相互作用(板书)点拨：20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另一种是电磁力(库仑力是一种电磁力)。

在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。

电磁力大约要比万有引力强1036倍。

第3节核聚变三维教学目标1、知识与技能（1）了解聚变反应的特点及其条件；（2）了解可控热核反应及其研究和发展；（3）知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。

2、过程与方法：通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力3、情感、态度与价值观（1）通过学习，使学生进一步认识导科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学；（2）认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。

教学重点:聚变核反应的特点。

聚变反应的条件。

教学方法:教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

（一）引入新课1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。

从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。

前苏联用了四年，美国用了7年。

氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。

这节课我们就来研究聚变的问题。

（二）进行新课1、聚变及其条件提问：什么叫轻核的聚变？（两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变）提问：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？（因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，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）归纳补充：（1）氢的聚变反应：21H+21H→31He+11H+4 MeV、21H+31H→42He+10n+17.6 MeV（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍提问：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。

走进原子核居里夫人简介居里夫人 (Marie Curie，1867-1934)法国籍波兰科学家，研究放射性现象，发觉镭和钋两种放射性元素，一生两度获诺贝尔奖。

居里夫人与镭的发觉玛丽娅·斯可罗多夫斯卡娅，即著名的居里夫人，被誉为“镭的母亲”。

她1867年11月7日诞生于俄国沙皇入侵者统治下的波兰首都华沙。

父亲是华沙高等学校的物理学教授，使她从小就对科学实验发生了兴趣。

1891年，她到巴黎继续深造，取得了两个硕士学位。

学业完成后，她本打算返回祖国为受奴役的波兰人民服务，可是，与法国年轻物理学家皮埃尔·居里的相识，改变了她的计划。

1895年，她与皮埃尔成婚，1897年生了一个女儿，一个未来的诺贝尔奖金取得者。

居里夫人注意到法国物理学家贝克勒尔的研究工作。

自从伦琴发觉 X射线以后，贝克勒尔在检查一种稀有矿物质“铀盐”时，又发觉了一种“铀射线”，朋友们都叫它贝克勒尔射线。

贝克勒尔发觉的射线，引发了居里夫人极大兴趣，射线放射出来的力量是从哪里来的？居里夫人看到那时欧洲所有的实验室尚未人对铀射线进行过深刻研究，于是决心闯进那个领域。

理化学校校长通过皮埃尔多次请求，才允许居里夫人利用一间潮湿的小屋作理化实验。

在摄氏6度的室温里，她完全投入到铀盐的研究中去了。

居里夫人受过严格的高等化学教育，她在研究铀盐矿石时想到，没有什么理由能够证明铀是惟一能发射射线的化学元素。

她按照门捷列夫的元素周期律排列的元素，一一进行测定，结果专门快发觉另外一种钍元素的化合物，也能自动发出射线，与铀射线相似，强度也相像。

居里夫人熟悉到，这种现象绝不只是铀的特性，必需给它起一个新名称。

居里夫人提议叫它“放射性”，铀、钍等有这种特殊“放射”功能的物质，叫作“放射性元素”。

一天，居里夫人想到，矿物是不是有放射性？在皮埃尔的帮忙下，她持续几天测定能够搜集到的所有矿物。

她发觉一种沥青铀矿的放射性强度比估计的强度大得多。

通过仔细的研究，居里夫人不能不承认，用这些沥青铀矿中铀和钍的含量，绝不能解释她观察到的放射性的强度。

第2节 核裂变1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．(重点)2.知道什么是链式反应．3．会计算重核裂变过程中释放出的能量．(重点＋难点) 4.知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型．[学生用书P55]一、重核的裂变1.核裂变：像中子轰击铀核分裂成质量相近的两部分那样，重核分裂成质量较小的核的反应，称为核裂变．2.裂变能：核裂变释放的能量，也称核能或原子能．3.铀核的裂变(1)两种常见的核反应方程：23592U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210n 235 92U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n(2)铀核裂变释放的能量是巨大的，裂变反应中每个核子释放的能量约为1__MeV ．1．(1)铀核的裂变是一种天然放射现象．( ) (2)中子的速度越快，越容易发生铀核裂变．( ) 提示：(1)× (2)×二、链式反应1.链式反应：当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出2～3个中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断地继续下去，成为链式反应．2.发生条件(1)有持续不断的中子源． (2)达到临界体积．发生链式反应为何会有临界体积呢？提示：原子核的体积很小，原子内部绝大部分是空隙．如果铀块的体积不够大，中子通过铀块时可能碰不到铀核而跑到铀块外面去．三、裂变反应堆1.用人工的方法控制链式反应的速度，人们制成了核反应堆，它是能维持和控制核裂变的装置．2.核反应堆包含堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．堆芯又由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．2．(1)在核反应中，中子的速度越大越容易击中铀核．( ) (2)核反应堆是通过调节中子数目以控制反应速度．( ) (3)核反应堆用过的核废料无毒无害．( ) 提示：(1)× (2)√ (3)×重核的裂变及链式反应[学生用书P56]1.裂变的发现：1938年12月，德国化学家哈恩与斯特拉斯曼利用中子轰击铀核时，发现了铀核的裂变，向核能的利用迈出了第一步．2.裂变的解释：重核被中子轰击后，与中子复合成一个处在高激发态的同位素，这种重核的同位素要发生形变，从一个接近球形的核变为一个拉长的椭球形的核，核子间的距离增大，核力减小不足以抵消质子间的库仑斥力而恢复原状最后分裂成两部分，同时放出中子．3.裂变过程为什么能放出能量中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量.23592U 的裂变是很常见的一种重核裂变，它裂变的反应物和生成物有多种，其中有两种很典型的反应是：235 92U ＋10n →139 54Xe ＋9538Sr ＋210n 235 92U ＋10n →14156Ba ＋9236Kr ＋310n在重核裂变过程中，核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，但反应前后质量不同，发生了质量亏损，释放出能量．计算一个铀核在上述第二种裂变过程放出的能量．已知m (23592U)＝235.043 9 u ，m n ＝1.008 7 u ，m (14156Ba)＝140.913 9 u ，m (9236Kr)＝91.897 3 u ，且1 u 质量对应的能量为931.56 MeV裂变前：m 1＝(235.043 9＋1.008 7) u ＝236.052 6 u 裂变后：m 2＝(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u ＝ 235．837 3 u质量亏损：Δm ＝0.215 3 u释放能量：ΔE ＝0.215 3×931.56 MeV ＝200.56 MeV. 4.重核裂变的条件(1)重核的裂变只能发生在人为的核反应中，自然界中不会自发地产生裂变，而是发生衰变．(2)要使铀核裂变，首先要利用中子轰击铀核，使其分裂，并放出更多的中子，这些中子再去轰击更多的铀核，产生更多的中子，就形成了链式的反应．如图所示(3)链式反应速度很快，如不加以控制，能量在瞬间急剧释放引起剧烈爆炸(如原子弹)．如果运用一定方法加以控制就可以和平利用这种巨大的能量(如核电站、核潜艇等)．(1)235 92U裂变的产物是多种多样的，但裂变反应的依据是实验事实，不能仅凭反应前后质量数和电荷数守恒编造裂变反应．(2)裂变的链式反应需要一定的条件才能维持下去①要有足够浓度的铀235；②要有足够数量的慢中子；③铀块的体积大于临界体积．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，一定发生链式反应C．重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏损，所以核子数要减小D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能[思路点拨] 重核裂变问题，要注意明确下列三点：(1)原子核裂变时核能的来源；(2)链式反应能够发生的条件；(3)裂变反应遵循的规律．[解析] 根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，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．因此其释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、核电荷数均守恒，即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、B、C均错；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，故选D.[答案] D在重核的裂变反应中仍然遵循质量数守恒与核电荷数守恒．核能的利用[学生用书P57]1.原子弹杀伤力强大的原因：核能在极短时间内释放出来．核电站是利用缓慢释放的核能来发电的，这是核能的和平利用，因此核电站是可控的链式反应．2.核反应堆——核电站的心脏：裂变反应堆是核电站的心脏，它是一种人工控制链式反应的装置，可以使核能较平缓地释放出来，裂变反应堆的结构和工作原理见下表：组成部分材料作用裂变材料浓缩铀(235 92U)提供核燃料(核燃料)续组成部分材料作用慢化剂(减速剂)石墨、重水或普通水使裂变产生的快中子减速控制棒镉吸收减速后的中子，控制反应速度反射层石墨阻止中子逃逸热交换器水产生高温蒸气，推动汽轮发电机发电防护层金属套和钢筋混凝土防止射线对人体及其他生物体的侵害关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是 ( ) A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度[思路点拨] 本题考查对反应堆中各种材料的用途的认识．[解析] 镉棒不是离子源不会释放中子，A错误；也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误；镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出少吸收中子，故C正确．[答案] C现已建成的核电站的能量来自于( )A．天然放射性元素衰变放出的能量B．人工放射性同位素放出的能量C．重核裂变放出的能量D．化学反应放出的能量解析：选 C.核电站的核心设施就是核反应堆，核反应堆的核心技术就是用人工的方法控制重核裂变链式反应的速度，所以核电站的能量来自重核裂变放出的能量．裂变核能的计算[学生用书P58]现有的核电站比较广泛采用的核反应之一是：235 92U ＋10n ―→143 60Nd ＋A Z Zr ＋310n ＋8 0－1e ＋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)核的质量为235.049 3 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 6×10－27kg ，试计算1 kg 铀235大约能产生的能量是多少？[思路点拨] 根据核反应前后质量数和电荷数守恒确定锆(Zr)的质量数和电荷数，先求一个23592U 裂变释放出的能量，再求1 kg 23592U 的原子核数，最后求出1 kg 23592U 裂变释放的能量．[解析] (1)根据电荷数和质量数守恒，可得 Zr 的电荷数Z ＝92－60＋8＝40， 质量数A ＝236－143－3×1＝90. (2)质量亏损Δm ＝(m U ＋m n )－(m Nd ＋m Zr ＋3m n )＝0.217 4 u. 一个铀核裂变释放能量ΔE ＝Δm ×931.56 MeV ＝0.217 4×931.56 MeV ≈202.5 MeV ， 1kg 铀核含有的原子核数为n ＝1 000235×6.02×1023个≈2.562×1024个， 1kg 铀核产生的能量E 总＝n ·ΔE ＝2.562×1024×202.5 MeV≈5.2×1026MeV ＝5.2×1026×106×1.6×10－19J≈8.3×1013 J.[答案] (1)40 90 (2)8.3×1013J[随堂检测] [学生用书P58]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容易发生，最好直接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，铀块的体积必须大于临界体积，但铀核的质量无论怎样，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，这些快中子不能直接引发新的裂变．如果铀块的质量大，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.(多选)下列核反应方程及其表述正确的是( ) A.94Be ＋42He ―→126C ＋10n 是人工核转变 B.22892U ―→22490Th ＋42He 是α衰变C.23592U ＋10n ―→9236Kr ＋14156Ba ＋310n 是裂变反应 D.2411Na ―→2412Mg ＋ 0－1e 是裂变反应解析：选ABC.A 是人工核转变，B 是α衰变，C 是裂变，D 是β衰变，故D 不正确． 3.核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它主要由四部分组成( ) A ．原子燃料、减速剂、冷却系统和控制调节系统 B ．原子燃料、减速剂、发热系统和传热系统 C ．原子燃料、调速剂、碰撞系统和传热系统 D ．原子燃料、中子源、原子能聚存系统和输送系统解析：选A.根据核反应堆的基本特点及组成确定．故正确答案为A.4.(多选)为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风能和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )A ．核能发电对环境的污染比火力发电要小B ．核能发电对环境的污染比火力发电要大C ．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能D ．重核裂变是比较清洁的能源，污染较小解析：选ACD.目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，但也有一定的污染，故A 、C 、D 正确，B 错误．5.二战末期，美国在日本广岛投下的原子弹相当于2万吨TNT 炸药释放的能量，已知1 kg TNT 炸药爆炸时释放的能量是4.2×106J ，则该原子弹含有纯23592U 多少千克？(1个23592U 原子核裂变时放出200 MeV 能量，阿伏伽德罗常数N A ＝6.02×1023个/mol)解析：2万吨TNT 炸药爆炸时放出的能量E ＝2×107×4.2×106J ＝8.4×1013J ， 1个23592U 原子核放出的能量ΔE ＝200 MeV ， 设纯235 92U 的质量为M ，则E ＝N ΔE ＝M235N A ΔE ，故M ＝235E N A ΔE ＝235×8.4×10136.02×1023×200×106×1.6×10－19 g ≈1.0×103g ＝1.0 kg.答案：1.0 kg[课时作业] [学生用书P101(独立成册)]一、单项选择题1.下列关于重核裂变的说法中正确的是( )A．裂变过程中释放能量B．裂变过程中吸收能量C．反应过程中质量增加D．反应过程中质量不变解析：选A.重核裂变成两个或多个中等质量的原子核，质量减少，释放出能量．2.在核反应堆外修建很厚的水泥墙是为了防止( )A．核爆炸B．放射线外泄C．核燃料外泄D．慢中子外泄解析：选B.核反应堆的核燃料一般是铀235，它具有很强的放射性，其衰变时放出的射线能对人体造成极大的伤害，在其外修建很厚的水泥墙就是为了防止放射线外泄，B正确．3.人类通过链式反应利用核能的方式有( )A．利用可控制的快中子链式反应，制成原子反应堆B．利用不可控制的快中子链式反应，制成原子弹C．利用可控制的慢中子链式反应，制成原子弹D．利用不可控制的慢中子链式反应，制成原子弹解析：选 B.原子弹爆炸时，铀块的体积大于临界体积，快中子直接被铀核吸收，发生裂变反应，放出核能，链式反应速度不可控制，极短的时间内释放出大量的核能；原子核反应堆释放核能的速度是稳定的，链式反应的速度可以控制，因此答案选B.4．中国承诺到2020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．目前关于该电站获取核能的基本核反应方程可能是( )A.235 92U＋10n―→9038Sr＋136 54Xe＋1010nB.2411Na―→2412Mg＋0－1eC.14 7N＋42He―→17 8O＋11HD.238 92U―→234 90Th＋42He解析：选 A.目前已建成的核电站的能量来源于重核的裂变，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是发现质子的反应，D是α衰变．5.下面是铀核裂变反应中的一个为23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n，已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )A ．质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2) uB ．质量亏损为Δm ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7) MeVC ．释放总能量为ΔE ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2JD ．释放总能量为ΔE ＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV解析：选D.质量亏损是反应物与生成物之差，差值可用“u ”或“kg ”作单位，前者直接用1 u 的亏损放出931.5 MeV 的能量计算，后者核能的单位是焦耳．6.1个铀235吸收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 为阿伏伽德罗常数)( )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 摩尔数为1235，因此1 g 铀235释放的能量E ＝N A235×196 MeV ，故D 正确． 7.一个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 ―→abX ＋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，根据E ＝mc 2，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减少解析：选A.由质量数守恒和电荷数守恒知：235＋1＝a ＋94＋2×1，92＝b ＋38，解得：a ＝140，b ＝54，其中a 为X 的质量数，b 为X 的核电荷数，X 核中的中子数为：a －b ＝140－54＝86，由此可知A 对，B 错；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故C 、D 均错．二、多项选择题8.镉棒在核反应堆中所起的作用是( ) A ．使快中子变成慢中子 B ．吸收中子 C ．使反应速度加快D ．控制反应速度，调节反应速度的快慢解析：选BD.在核反应堆中，石墨起使快中子变为慢中子的作用．镉棒又叫控制棒，起吸收中子、控制反应速度、调节功率大小的作用，故B 、D 正确．9.关于铀核裂变，下述说法正确的是( )A ．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核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235UD ．铀块的体积对产生链式反应是有影响的解析：选BCD.铀核受到中子的冲击，会引起裂变，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比较多， 也有的分裂成多块，并放出几个中子，235U 受中子的轰击时，裂变的概率大．而238U 只有俘获能量在1 MeV 以上的中子才能引起裂变，且裂变的几率小，而要引起链式反应，需使铀块体积超过临界体积，故B 、C 、D 正确．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 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，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 )c 2D ．上述核反应中放出的核能ΔE ＝(m U －m Ba －m Kr －3m X )c 2解析：选BC.核反应中，质量数守恒，电荷数守恒，则知23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 中X 为10n ，a ＝3，则A 错，B 对；由ΔE ＝Δmc 2可得：ΔE ＝(m U ＋m X －m Ba －m Kr －3m X )c 2＝(m U －m Ba －m Kr －2m X )c 2，则C 对，D 错．三、非选择题11.一静止的238 92U 核经α衰变成为234 90Th 核，释放出的总动能为4.27 MeV ，问此衰变后23490Th 核的动能为多少MeV(保留1位有效数字)?解析：据题意知，此α衰变的衰变方程为238 92U →234 90Th ＋42He根据动量守恒定律得m αv α＝m Th v Th ①式中，m α和m Th 分别为α粒子和Th 核的质量，v α和v Th 分别为α粒子和Th 核的速度的大小．由题设条件知12m αv 2α＋12m Th v 2Th ＝E k ② m αm Th ＝4234③式中E k ＝4.27 MeV 是α粒子与Th 的总动能．由①②③式得 12m Th v 2Th ＝m αm α＋m ThE k 代入数据得，衰变后23490Th 核的动能 12m Th v 2Th ＝0.07 MeV. 答案：0.07 MeV12.在其他能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势．在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．(1)核反应方程式23592U ＋10n ―→14156Ba ＋9236Kr ＋a X 是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n 为中子，X 为待求粒子，a 为X 的个数，则X 为________，a ＝________，m U 、m Ba 、m Kr 分别表示23592U 、14156Ba 、9236Kr 核的质量，m n 、m p 分别表示中子、质子的质量，c 为光子在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE ＝__________________________．(2)有一座发电能力为P ＝1.00×106kW 的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%.假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程中放出的核能ΔE ＝2.78×10－11J ，23592U 核的质量m U＝390×10－27kg.求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的23592U 的质量．解析：(1)依据核电荷数守恒和质量数守恒定律可判断X 为中子()10n ，且a ＝3，据爱因斯坦的质能方程ΔE ＝Δmc 2，即ΔE ＝[m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2.(2)因核电站的核能转化效率为40% 故核电站消耗23592U 的功率为 P ′＝P40%＝10640% kW ＝2.5×106 kW则核电站每年消耗23592U 所释放的能量为E ＝P ′t ＝2.5×106×103×3.15×107 J＝7.875×1016J 故每年消耗235 92U 的质量为m ＝EΔE ·m U ＝7.875×10162.78×10－11×390×10－27kg ≈1 105 kg. 答案：(1)10n 3 [m U －(m Ba ＋m Kr ＋2m n )]·c 2(2)1 105 kg。

9．(多选)我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于U的裂变，下列说法正确的是( )
A.U原子核中有92个质子，143个中子
B.U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为U ＋n―→Xe＋Sr＋2n
C.U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年，升高温度半衰期缩短
D．一个U裂变能放出200 MeV的能量，合3.2×10－11 J
【解析】由U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误；因为200 MeV＝200×106×1.6×10－19 J＝3.2×10－11 J，所以D正确．
【答案】ABD
10．(多选)人们发现，不同的原子核，其核子的平均质量(原子核的质量除以核子数)与原子序数有如图4­2­1所示的关系．下列关于原子结构和核反应的说法正确的是( )
图4­2­1
A．由图可知，原子核D和E聚变成原子核F时会有质量亏损，要吸收能量。

第1节核力与核能[目标定位] 1.知道核力的概念、特点.2.知道稳定原子核中质子与中子的比例特点.3.理解结合能和平均结合能的概念，知道核反应中的质量亏损.4.知道爱因斯坦质能方程，理解质量与能量的关系．一、核力与核的稳定性1．核力：把原子核中的核子维系在一起的力．2．核力特点：(1)核力是一种强相互作用．(2)核力是短程力，作用范围在2_fm左右．3．核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子．4．核素图：用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象．5．核的稳定性(1)核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线两侧的区域．(2)稳定核素的中子数与质子数的关系：随着质子数的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数．二、结合能与平均结合能1．结合能：核子结合成原子核时放出的能量．2．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程E＝mc2.(2)质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损．(3)亏损的质量与释放的能量间的关系：ΔE＝Δmc2.想一想有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？答案不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化．3．平均结合能核子结合成原子核时每个核子平均放出的能量．平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子．一、对核力及原子核中质子与中子的比例的理解1．核力的特点：核力是只在邻近的核子之间发生的一种强相互作用，是短程力．2．核子比例关系：较轻的原子核质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．3．形成原因(1)若用质子与中子成对地人工构建原子核，由于核力是短程力，当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库仑力，这个原子核就不稳定了．(2)若只增加中子，中子与其他核子间没有库仑斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于维系原子核的稳定，所以稳定的重原子核中子数要比质子数多．(3)由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大于核力的作用范围，这时候再增加中子，形成的核也一定是不稳定的．【例1】下列关于原子核中质子和中子的说法，正确的是( )A．原子核中质子数和中子数一定相等B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多C．原子核都是非常稳定的D．对于较重的原子核，由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果继续增大原子核，形成的核也一定是不稳定的答案 D解析自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多．因此正确答案为D.二、结合能与平均结合能的理解1．平均结合能曲线：不同原子核的平均结合能随质量数变化的图线如图1所示．图1从图中可看出，中等质量原子核的平均结合能较大，轻核和重核的平均结合能都比中等质量的原子核要小．2．当平均结合能较小的原子核转化为平均结合能较大的原子核时会释放核能，反之，需要吸收能量．3．平均结合能的大小反映了原子核的稳定程度．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，中等核子数的原子核平均结合能较大，原子核较稳定．【例2】下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的有( )A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能B ．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大C ．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都较大D ．中等质量原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大 答案 D解析 核子结合成原子核会放出能量，原子核拆解成核子需要吸收能量，A 选项错误；平均结合能越大的原子核越稳定，但平均结合能越大的原子核，其结合能不一定大，例如中等质量原子核的平均结合能比重核的大，但由于核子数比重核的少，其结合能比重核的反而小，B 、C 选项错误；中等质量原子核的平均结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核的多，因此它的结合能也比轻核大，D 选项正确． 借题发挥 结合能、平均结合能的对比理解(1)核子结合成原子核时一定释放能量，原子核分开成核子时一定吸收能量．吸收或释放的能量越大，表明原子核的结合能越大．(2)平均结合能为结合能与核子数的比值，平均结合能越大表明原子核越稳定．一般情况下，中等质量的原子核比轻核和重核的平均结合能都大．针对训练 一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程为________________．该反应放出的能量为Q ，则氘核的平均结合能为________________． 答案 10n ＋11H ―→21H Q2解析 方程式：10n ＋11H ―→21H.核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫原子核的结合能．它的结合能与核子数之比，称作平均结合能，由题意知氘核的核子数为2，所以平均结合能为Q2.三、质量亏损和核能的计算 1．对质能方程和质量亏损的理解 (1)质能方程质能方程：爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是E ＝mc 2. (2)质量亏损质量亏损，并不是质量消失，减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了．物体质量增加，则总能量随之增加；质量减少，总能量也随之减少．这时质能方程也写作ΔE ＝Δmc 2. 2．核能的计算方法 (1)根据质量亏损计算①根据核反应方程，计算核反应前后的质量亏损Δm . ②根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2计算核能．其中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．(2)利用原子质量单位u和电子伏特计算根据1原子质量单位(u)相当于931.5 MeV的能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位数乘以931.5 MeV，即ΔE＝Δm×931.5 MeV.其中Δm的单位是u，ΔE的单位是MeV.【例3】某核反应方程为21H＋31H→42He＋X.已知21H的质量为2.013 6 u，31H的质量为3.018 0 u，42He的质量为4.002 6 u，X的质量为1.008 7 u．则下列说法中正确的是( )A．X是质子，该反应释放能量B．X是中子，该反应释放能量C．X是质子，该反应吸收能量D．X是中子，该反应吸收能量答案 B解析由题目所给核反应方程，根据核反应过程中质量数、电荷数守恒规律，可得21H＋31H→42 He＋10X，X为中子．在该反应发生前反应物的总质量m1＝2.013 6 u＋3.018 0 u＝5.031 6 u，反应后产物总质量m2＝4.002 6 u＋1.008 7 u＝5.011 3 u．总质量减少，出现了质量亏损．根据爱因斯坦的质能方程可知该反应释放能量．故B正确．借题发挥在核反应中，是释放能量还是吸收能量，需要确定反应前后质量的变化．若反应后质量减少即发生了质量亏损，则释放出能量，反之吸收能量．由于不明确质量亏损的含义与能量的关系，易误选D.注意此反应过程质量发生亏损，释放出能量．【例4】已知氮核质量M N＝14.007 53 u，氧17核的质量M O＝17.004 54 u，氦核质量M He ＝4.003 87 u，氢核质量M H＝1.008 15 u，试判断：147N＋42He―→178O＋11H这一核反应是吸收能量还是放出能量？能量变化量是多少？答案吸收能量 1.2 MeV解析反应前总质量：M N＋M He＝18.011 40 u，反应后总质量：M O＋M H＝18.012 69 u.可以看出：反应后总质量增加，故该反应是吸收能量的反应．吸收的能量利用ΔE＝Δmc2来计算，若反应过程中质量增加1 u，就会吸收931.5 MeV的能量，故ΔE＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV≈1.2 MeV.对原子核中核力的理解1．对原子核的组成，下列说法正确的是( )A．核力可使一些中子组成原子核B．核力可使较多的质子组成原子核C．不存在只有质子的原子核D．质量较大的原子核内一定有中子答案 D解析由于原子核带正电，不存在只有中子的原子核，但核力也不能把较多的质子聚集在一起组成原子核，原因是核力是短程力，质子之间还存在“长程力”库仑力，A、B错误；自然界中存在一个质子的原子核，11H，C错误；较大质量的原子核内只有存在一些中子，才能削弱库仑力，维系原子核的稳定，故D正确．对结合能与平均结合能的理解2．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)c2答案 C解析根据质能方程，ΔE＝Δmc2，其中Δm＝m1＋m2－m3，则ΔE＝(m1＋m2－m3)c2，C正确，A、B、D错误．质量亏损和核能的计算3．为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，联合国将2005年定为“国际物理年”．对于爱因斯坦提出的质能方程E＝mc2，下列说法中不正确的是( )A．E＝mc2表明物体具有的能量与其质量成正比B．根据ΔE＝Δmc2可以计算核反应中释放的核能C．一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能，表明此过程中出现了质量亏损D．E＝mc2中的E是发生核反应时释放的核能答案 D解析爱因斯坦质能方程E＝mc2，定量地指出了物体的能量和质量之间的关系，A正确；由质能方程知，当物体的质量减少时，物体的能量降低，向外释放了能量，反之，若物体的质量增加了，则物体的能量增加，表明它从外界吸收了能量，所以由物体的质量变化能算出物体的能量变化，故B、C正确，D错误．4．三个α粒子结合成一个碳12，已知碳原子的质量为12.000 0 u，氦原子质量为4.002 6 u．(1u c2＝931.5 MeV)(1)写出核反应方程；(2)这个核反应放出的能量是多少MeV?(3)这个能量合多少焦耳？答案(1)342He→12 6C＋ΔE(2)7.27 MeV(3)1.16×10－12 J解析(1)核反应方程：342He→12 6C＋ΔE.(2)质量亏损：Δm＝3×4.002 6 u－12.000 0 u＝0.007 8 u＝12.948×10－30 kg，这个核反应放出的能量是ΔE＝Δmc2＝7.27 MeV.(3)ΔE＝7.27×106×1.6×10－19 J＝1.16×10－12 J.(时间：60分钟)题组一对核力及结合能的理解1．下列对核力的认识，正确的是( )A．核力是强相互作用的一种表现，比库仑力大得多B．核力存在于质子和中子、中子和中子之间，质子和质子之间只有库仑斥力C．核力是核子间相互吸引的力，是短程力D．核力只存在于相邻的核子之间，具有饱和性答案 D解析在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，但当原子核大到一定程度时，核力将不足以平衡库仑力，A错误；相邻核子间都存在核力作用，具有饱和性，B错误，D正确；核子间的距离小于0.8×10－15m时核力表现为斥力，大于0.8×10－15m时表现为吸引力，C错误．2．(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．平均结合能越大，原子核越不稳定答案ABC解析结合能是把核子分开所需的最小能量，选项A正确；一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，存在质量亏损，核子平均结合能增大，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；核子数越多，结合能越大，选项C正确；平均结合能越大，分开核子所需的能量越大，原子核越稳定，选项D错误．3．(多选)下列对结合能、平均结合能的认识正确的是( )A．一切原子核均具有结合能B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量C．结合能越大的原子核越稳定D．平均结合能越大的原子核越稳定答案AD解析由自由核子结合成原子核的过程中，核力做正功，释放出能量；反之，将原子核分开变为自由核子时需要吸收相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误．核子较多的原子核的结合能大，但它的平均结合能不一定大，平均结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．4.如图1所示是描述原子核核子的平均质量m与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是( )图1A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量答案 C解析因B、C核子平均质量小于A的核子平均质量，故A分解为B、C时，会出现质量亏损，故放出核能，故A错，同理可得B、D错，C正确．题组二质量亏损和核能的计算5．(多选)对公式ΔE＝Δmc2的正确理解是( )A．如果物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少ΔmB．如果物体的质量增加了Δm，它的能量也一定相应增加Δmc2C．Δm是某原子核在衰变过程中增加的质量D．在把核子结合成原子核时，若放出的能量是ΔE，则这些核子的质量和与组成原子核的质量之差就是Δm答案ABD解析一定质量对应于一定的能量，物体的能量减少了ΔE，它的质量也一定相应减少Δm，即发生质量亏损，所以选项A、D正确；如果物体的质量增加了Δm，它的能量一定相应增加Δmc2，所以选项B正确；某原子核在衰变时，一定发生质量亏损，所以选项C错误．6．(多选)一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是11H＋10n―→21H ＋γ，以下说法中正确的是( )A．反应后氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B．反应前后的质量数不变，因而质量不变C ．γ光子的能量为Δmc 2，Δm 为反应中的质量亏损，c 为光在真空中的速度 D ．因存在质量亏损Δm ，所以“物质不灭”的说法不正确 答案 AC解析 核反应中质量数与电荷数及能量均守恒，由于反应中要释放核能，会出现质量亏损，反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和，释放的能量会以光子的形式向外释放，故正确答案为A 、C.7．原子质量单位为u,1 u 相当于931.5 MeV 的能量，真空中光速为c ，当质量分别为m 1和m 2的原子核结合为质量为M 的原子核时释放出的能量是( )A ．(M －m 1－m 2)c 2B ．(m 1＋m 2－M )×931.5 JC ．(m 1＋m 2－M )c 2D ．(m 1＋m 2－M )×931.5 eV 答案 C解析 在核能计算时，如果质量的单位是kg ，则用ΔE ＝Δmc 2进行计算，如果质量的单位是u ，则利用1 u 相当于931.5 MeV 的能量计算，即ΔE ＝Δm ×931.5 MeV 进行计算，故C 正确，A 、B 、D 错．8．一个氘核21H 质量为m 1，一个氚核31H 质量为m 2，它们结合成一个质量为m 3的氦核．核反应方程如下：21H ＋31H→42He ＋X.在这一核反应过程中释放的能量为ΔE .已知光速为c ，则以下判断正确的是( ) A ．X 是质子 B ．X 是正电子C ．X 的质量为m 1＋m 2－m 3D ．X 的质量为m 1＋m 2－m 3－ΔE c2答案 D解析 由电荷数守恒知，X 的质子数为0，由质量数守恒知，X 的质量数为1，故X 为中子，设X 的质量为m ，反应中的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m ，释放的核能ΔE ＝Δmc 2＝(m 1＋m 2－m 3－m )c 2，是X 的质量为m 1＋m 2－m 3－ΔE c2，故选项D 正确．9．氘核和氚核结合时的核反应方程为21H ＋31H→42He ＋10n ，已知31H 的平均结合能是2.78 MeV ，21H 的平均结合能是 1.09 MeV ，42He 的平均结合能是7.03 MeV ，则核反应时释放的能量为________MeV. 答案 17.6解析 结合反应前氘核和氚核的总结合能E 1＝(1.09×2＋2.78×3) MeV＝10.52 MeV.反应后生成的氦核的结合能E 2＝7.03×4 MeV＝28.12 MeV.由于单个核子无结合能，所以结合过程释放出的能量为 ΔE ＝E 2－E 1＝(28.12－10.52) MeV ＝17.6 MeV. 题组三 综合应用10．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的A E X ，生成两个动能均为8.9 MeV 的42He.(1 MeV ＝1.6×10－13J)(1)上述核反应方程为__________________________． (2)质量亏损为________kg.答案 (1)11H ＋73X→42He ＋42He(或11H ＋73Li ―→42He ＋42He) (2)3.1×10－29解析 (1)根据电荷数和质量数守恒可写出核反应方程为11H ＋73X ―→42He ＋42He 或11H ＋73Li ―→42He ＋42He.(2)设反应前质子的动能为E k0，反应后42He 的动能为E k ，由于质量亏损而释放的能量为 ΔE ＝2E k －E k0＝(2×8.9－0.5) MeV ＝17.3 MeV ， 根据爱因斯坦质能方程，有Δm ＝ΔE c 2＝17.3×1.6×10－133.0×1082 kg≈3.1×10－29 kg. 11．两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为1.008 7 u ，质子的质量为1.007 3 u ，氦核的质量为4.002 6 u ，试计算中子和质子生成1 kg 的氦时，要释放出多少核能？ 答案 6.59×1014J解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1 kg 氦核的个数即可求出释放的总的核能． 该核反应方程为211H ＋210n ―→42He 生成一个氦核过程的质量亏损Δm ＝(1.008 7 u ＋1.007 3 u)×2－4.002 6 u ＝0.029 4 u ， 释放的核能ΔE ＝0.029 4×931.5 MeV＝27.386 1 MeV 生成1 kg 氦核释放的能量E ＝n ΔE ，E ＝1 0004×6.02×1023×27.386 1×106×1.6×10－19 J≈6.59×1014J. 12．一个静止的铀核23292U(原子质量为232.037 2 u)放出一个α粒子(原子质量为4.002 6 u)后衰变成钍核22890Th(原子质量为228.028 7 u)．(已知原子质量单位1 u ＝1.67×10－27kg,1 u相当于931.5 MeV 的能量) (1)写出铀核的衰变反应方程； (2)算出该衰变反应中释放出的核能；(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？答案 (1)23292U ―→22890Th ＋42He (2)5.50 MeV (3)5.41 MeV 解析 (1)23292U ―→22890Th ＋42He.(2)质量亏损Δm ＝m U －m α－m Th ＝0.005 9 u ， ΔE ＝Δmc 2＝0.005 9×931.5 MeV≈5.50 MeV. (3)系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等， 即p Th ＋(－p α)＝0，p Th ＝p αE kTh ＝p 2Th 2m Th ，E k α＝p 2α2m α，E kTh ＋E k α＝ΔE所以α粒子获得的动能E k α＝m Th m α＋m Th ·ΔE ＝2284＋228×5.50 MeV≈5.41 MeV.。

版高中物理第4章核能章末分层突破教师用书鲁科版选修3-52022年版高中物理第4章核能章末分层突破教师用书鲁科版选修3-5[自我校对]①相邻②短程③m前－m后④mc2⑤Δmc2⑥大于⑦几百万⑧引力⑨武器⑩废料几个重要的核反应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)__U→__Th＋( )属________；(2)94Be＋( )→126C＋10n，属________；(3)21H＋31H→42He＋( )，属________；(4)__U＋10n→9038Sr＋__e＋( )，属________．根据质量数和电荷数守恒可判定：(1)中的未知核为42He，该反应属衰变；(2)中的未知核为42He，该反应属人工转变；(3)中的未知核为10n，该反应属于聚变；(4)中的未知核为1010n，该反应属于裂变．见解析核能的产生及计算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(或多个)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，铀块的体积应达到它的临界体积．重核的裂变：如235 92U＋10n→9038Sr＋136 54Xe＋1010n.应用：原子弹、原子反应堆．(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．轻核的聚变：如：21H ＋31H→42He ＋10n.应用：氢弹、可控热核反应．2．核能的计算重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc 2，可以判断两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：(1)质能方程ΔE ＝Δmc 2是计算释放核能多少的主要方法，质量亏损Δm 的确定是计算核能的关键．(2)核反应中如无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能．这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．已知氘核质量为2.013 6 u ，中子质量为1.008 7 u ，32He 核的质量为3.015 0 u.(1)写出两个氘核聚变成32He 的核反应方程；(2)计算上述核反应中释放的核能；(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV 做对心碰撞，即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的32He 核和中子的动能各是多少？(1)应用质量数守恒和核电荷数守恒，不难写出核反应方程为21H ＋21H→32He ＋10n.(2)由题给条件可求出质量亏损为：Δm ＝[2.013 6×2－(3.015 0＋1.008 7)]u ＝0.003 5 u所以释放的核能ΔE ＝931.5×0.003 5 MeV＝3.26 MeV.(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为32He 核和中子的动能，若设32He 核和中子的质量分别为m 1、m 2，动量分别为p 1、p 2，动能分别为E k1、E k2，氘核的动能为E k0，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得p 1－p 2＝0①E k1＋E k2＝2E k0＋ΔE ②由E k ＝p 22m 得E k1E k2＝m 2m 1＝13③ 由①②③得：E k1＝14(2E k0＋ΔE )＝0.99 MeV E k2＝34(2E k0＋ΔE )＝2.97 MeV.(1)21H ＋21H→32He＋10n (2)3.26 MeV(3)0.99 MeV 2.97 MeV若核反应前后各核的质量单位为kg，则用ΔE＝Δmc2求核能时，核能单位为J.若核反应前后各核的质量单位为u，则用ΔE＝Δmc2.,求核能时，结合1 u的质量对应的能量为931.5 MeV，求得核能单位为MeV.1.(多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107m/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．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．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D正确．ABD2．在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是__________________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)A.146C→147N＋0－1eB.3215P→3216S＋0－1eC.__U→__Th＋42HeD.147N＋42He→178O＋11HE.__U＋10n→__e＋9438Sr＋210nF.31H＋21H→42He＋10nα衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C 为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．C AB E F3．在实验室内较精准地测量到双β衰变事例是在1987年公布的，在进行了7 960小时的实验后，以68%的置信度认出8234Se发生的36个双β衰变事例，已知静止的8234Se发生双β衰变时，将释放出两个电子和两个中微子νe(中微子的质量数和电荷数都为零)，同时转变成一个新核X，则X核的中子数为________；若衰变过程释放的核能是E，真空中的光速为c，则衰变过程的质量亏损是________．衰变方程为：8234Se→8236X＋20－1e＋2νe，X核的中子数为82－36＝46，由质能方程有：Δmc2＝E，Δm＝Ec2 .46 E c24．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. 【导学号：__-__】根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．根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＝3.578×10－28 kg. 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. 10n＋235 92U→141 56Ba＋9236Kr＋310n 3.220 2×10－11 J。

第4章核能几个重要的核反应核反应式与其相关的重要内容错误!U→错误!Th＋错误!Heα衰变实质2错误!H＋2错误!n→错误!He错误!Th→错误!Pa＋错误!eβ衰变实质错误!n→错误!H＋错误!e错误!N＋错误!He→错误!O＋错误!H质子的发现(1919年)卢瑟福错误!Be＋错误!He→错误!C＋错误!n中子的发现（1932年)查德威克错误!Al＋错误!He→错误!P＋错误!n人工放射性同位素的发现居里夫妇3015P→错误!Si＋错误!e正电子的发现(1934年)居里夫妇错误!U＋错误!n→错误!Sr＋错误!Xe＋10错误!n错误!U＋错误!n→错误!Ba＋8936Kr＋3错误!n重核的裂变21H＋错误!H→错误!He＋1n轻核的聚变变，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)错误!92U→错误!90Th＋（)属________;（2)错误!Be＋(）→错误!6C＋错误!n,属________；（3）21H＋错误!H→错误!He＋(）,属________；(4)错误!92U＋错误!n→错误!Sr＋错误!54Xe＋(），属________．【解析】根据质量数和电荷数守恒可判定：(1)中的未知核为错误!He，该反应属衰变;(2)中的未知核为错误!He，该反应属人工转变;（3）中的未知核为错误!n,该反应属于聚变；（4)中的未知核为10错误!n，该反应属于裂变．【答案】见解析1．(2013·陕西师大附中检测)1964年、1967年我国分别成功引爆了第一颗原子弹和氢弹,同时庄重承诺任何情况下决不首先使用核武器，决不向无核国家使用核武器．下列核反应方程表示两弹原理的是(）A.14， 7N＋错误!He→错误!O＋错误!HB。

错误!U＋错误!n→错误!Sr＋错误!Xe＋2错误!nC.错误!U→错误!Th＋错误!HeD。

错误!H＋错误!H→错误!He＋错误!n【解析】原子弹利用核裂变，而氢弹利用核聚变获得巨大核能，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．故答案为B、D。