人教版高中物理總復(fù)習(xí)[知識點(diǎn)整理及重點(diǎn)題型梳理] 核能、核能的利用

1、精品文檔用心整理人教版高中物理總復(fù)習(xí)知識點(diǎn)梳理重點(diǎn)題型（?？贾R點(diǎn)）鞏固練習(xí)物理總復(fù)習(xí)：核能、核能的利用【考綱要求】1、知道核力及結(jié)合能、質(zhì)量虧損等概念2、會配平和書寫核反應(yīng)方程式3、知道核能獲取的兩種方式，了解核反應(yīng)堆的主要組成部分，能進(jìn)行簡單的有關(guān)核能的計(jì)算問題【考點(diǎn)梳理】考點(diǎn)一、核能要點(diǎn)詮釋：1、核力15核子間作用力。其特點(diǎn)為短程強(qiáng)引力：作用范圍為2.010m，只在相鄰的核子間發(fā)生作用。2、核能叫核子結(jié)合為原子核時(shí)釋放的能量或原子核分解為核子時(shí)吸收的能量，做原子核的結(jié)合能，亦稱核能。比結(jié)合能：結(jié)合能與核子數(shù)之比稱做比結(jié)合能，也叫平均結(jié)合能。比結(jié)合能越大，表示原子核中核子結(jié)合得越牢固，原子

2、核越穩(wěn)定。不同原子核的比結(jié)合能是不一樣的，由比結(jié)合能曲線可以看出：中等大小的核比結(jié)合能最大（平均每個(gè)核子的質(zhì)量虧損最大），這些核最穩(wěn)定。3、質(zhì)能方程、質(zhì)量虧損愛因斯坦質(zhì)能方程emc2說明物體的質(zhì)量和能量之間存在著一定的關(guān)系，一個(gè)量的變化必然伴隨著另一個(gè)量的變化。核子在結(jié)合成原子核時(shí)放出核能，因此，原子核的質(zhì)量必然比組成它的核子的質(zhì)量和要小m，這就是質(zhì)量虧損。由質(zhì)量虧損可求出釋放的核能mc2；反之，由核能也可求出核反應(yīng)過程的質(zhì)量虧損。4emc2是計(jì)算核能的常用方法。在具體應(yīng)用中要注意單位制的統(tǒng)一及不同單位的換算。若質(zhì)量單位取原子質(zhì)量單位u，則：資料來源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理此結(jié)論

3、亦可在計(jì)算中直接應(yīng)用。另外，在無光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動(dòng)能。因而在此情況下可應(yīng)用力學(xué)原理動(dòng)量守恒和能量守恒來計(jì)算核能。5、質(zhì)能方程的理解對于質(zhì)量虧損，切忌不能認(rèn)為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了能量，質(zhì)能方程的本質(zhì)是：第一，質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一，決不能把物質(zhì)和它們的某一屬性（質(zhì)量和能量）等同起來。第二，質(zhì)能方程揭示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個(gè)屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個(gè)量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在量值上的聯(lián)系決不等于這兩個(gè)量可以相互轉(zhuǎn)化。第三，質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律，生成的射線雖靜質(zhì)量為零，但動(dòng)質(zhì)量不為零?？键c(diǎn)二、重核的裂變要點(diǎn)

4、詮釋：重核分裂成中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程。如：235u+1n92013654xe+9038sr+101n0由于中子的增值使裂變反應(yīng)能持續(xù)地進(jìn)行的過程稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件是：裂變物質(zhì)的體積臨界體積。裂變的應(yīng)用：原子彈、原子反應(yīng)堆。核電站：核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆主要由以下幾部分組成。核燃料：濃縮鈾235.減速劑：濃縮鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用石墨、中水、或普通水作減速劑.控制棒：為了控制能量釋放的速度，就要想辦法減少中子的數(shù)目，采用在反應(yīng)堆中插入鎘棒的方法，利用鎘吸收中子能力很強(qiáng)的特性，就可以容易地控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度.保護(hù)層：反應(yīng)堆外層是很厚的水泥壁，可防止射線輻射出

5、去.冷卻系統(tǒng)：靠水或液態(tài)金屬鈉在反應(yīng)堆內(nèi)外的循環(huán)流動(dòng)，把產(chǎn)生的熱量傳輸出去.反應(yīng)堆是核電站的核心，核電站是靠核反應(yīng)堆產(chǎn)生的內(nèi)能發(fā)電考點(diǎn)三、輕核的聚變要點(diǎn)詮釋：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程。如：2h+3h4he+1n1120發(fā)生聚變反應(yīng)的條件是：超高溫（幾百萬度以上）熱核反應(yīng)。聚變的應(yīng)用：氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)。要點(diǎn)詮釋：資料來源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理1、原子核既然是由質(zhì)子和中子組成的，那么為什么還會從原子核里發(fā)射出粒子、粒子？實(shí)際上，發(fā)射出來的粒子和粒子仍是原子核內(nèi)的質(zhì)子和中子結(jié)合或轉(zhuǎn)化而成的。粒子是原子核內(nèi)的2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子結(jié)合在一起發(fā)射出來的，粒子是原子核內(nèi)的中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)

6、子時(shí)產(chǎn)生并發(fā)射出來的。所以不能因?yàn)閺脑雍酥邪l(fā)射出粒子和粒子就認(rèn)為原子核也是由它們組成的。2、質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒是我們書寫核反應(yīng)方程的重要依據(jù)，但要以核反應(yīng)的事實(shí)為基礎(chǔ)，不能僅僅根據(jù)該兩條守恒定律隨意書寫事實(shí)上不存在的核反應(yīng)方程。另外，核反應(yīng)通常是不可逆的，方程中只能用箭頭：“”連接并指示反應(yīng)方向，而不能用等號“”連接?！镜湫屠}】類型一、配平和書寫核反應(yīng)方程例1、下面列出的是一些核反應(yīng)方程3015p3014si+x94be+21he105b+y42he+42he73il+z其中（）ax是質(zhì)子，y是中子，z是正電子bx是正電子，y是質(zhì)子，z是中子cx是中子，y是正電子，z是質(zhì)子dx是正電

7、子，y是中子，z是質(zhì)子【思路點(diǎn)撥】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒配平核反應(yīng)方程，再確定xyz是何種物質(zhì)?！敬鸢浮縟【解析】將三個(gè)核反應(yīng)方程寫明確，為03p150i3s+14+0x194be+21he105b+10y42he+42eh73il+11z可知x為正電子，可知y為中子，可知z為質(zhì)子【總結(jié)升華】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒配平核反應(yīng)方程，是解決此類問題的關(guān)鍵。舉一反三【變式1】原子核ax與氘核2h反應(yīng)生成一個(gè)粒子和一個(gè)質(zhì)子。由此可知z1aa=2，z=1b.a=2，z=2c.a=3，z=3d.a=3，z=2【答案】d【解析】ax+2h4he+1h，應(yīng)用質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)的守恒a+2=4+1,z+1=

8、2+1，z121解得a=3,z=2，答案d。【變式2】2006年美國和俄羅斯的科學(xué)家利用回旋加速器，通過48ca（鈣48）轟擊249cf（锎2098249）發(fā)生核反應(yīng)，成功合成了第118號元素，這是迄今為止門捷列夫元素周期表中原子序數(shù)最大的元素。實(shí)驗(yàn)表明，該元素的原子核先放出3個(gè)相同的粒子x，再連續(xù)經(jīng)過3次衰變后，變成質(zhì)量數(shù)為282的第112號元素的原子核，則上述過程中的粒子x是（）a.中子b.質(zhì)子c.電子d.粒子【答案】a【解析】因?yàn)樵谒プ兊倪^程中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒根據(jù)電荷守恒定律可得，118-32-112=0，所以x粒子的電荷量為零資料來源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理再根據(jù)質(zhì)

9、量守恒，48+249-43-282=3，所以x粒子的質(zhì)量數(shù)為1，所以該粒子為中子，故bcd錯(cuò)誤，a正確故選a【變式3】目前普遍認(rèn)為，質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成.u夸克e，d夸克帶電荷量為-帶電荷量為21e，e為基元電荷.下列論斷中可能正確的是（）33a質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成b質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成c質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成d質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成，中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成【答案】b【解析】由質(zhì)子帶一個(gè)單位正電荷，中子不帶電，

10、設(shè)質(zhì)子中u夸克、d夸克個(gè)數(shù)分別是x、y，x、y取正整數(shù)，e+y(-則x21e)=133解得x=2、y=1；設(shè)中子中u夸克d夸克個(gè)數(shù)分別是m、n，m、n取正整數(shù)，則m21e+n(-e)=0解得m=1、n=2.故選b33【變式4】現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)：2411na24mg+0e12-192056235u+1n141ba+9236kr+31n021h+3h4he+1n120下列說法正確的是（）a.是裂變，是衰變，是聚變b.是聚變，是裂變，是衰變c.是衰變，是裂變，是聚變d.是衰變，是聚變，是裂變【答案】c【解析】原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變.衰變是指原子核放出粒子和粒子后，變成新的原子核

11、的變化，如本題中的核反應(yīng)；原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其它粒子的轟擊下變成新的原子核的變化；裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，如核反應(yīng)；聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，如核反應(yīng)；綜上所述，c項(xiàng)正確.類型二、質(zhì)能方程與核能的有關(guān)計(jì)算【原子核物理例3】例2、為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程，下列說法中不正確的是（）ae=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比b根據(jù)e=mc2可以計(jì)算核反應(yīng)中釋放的核能c一個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子結(jié)合成氘核時(shí)，釋放出核能，表明此過程出現(xiàn)了質(zhì)量虧損de=mc2中的e是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能【思路點(diǎn)撥】愛因斯坦質(zhì)能方程的含義核

12、反應(yīng)過程中發(fā)生質(zhì)量虧損會釋放能量【答案】d【解析】a、愛因斯坦提出的質(zhì)能方程e=mc2告訴我們，物體具有的能量與它的質(zhì)量成正比故a正確bmc2中m是虧損質(zhì)量，是釋放的核能，故b正確c、核反資料來源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理應(yīng)中若質(zhì)量虧損，就要釋放能量，所以一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合成一個(gè)氘核時(shí)釋放能量，表明此過程出現(xiàn)了質(zhì)量虧損故c正確d、e=mc2中的e是物體具有的能量故d錯(cuò)誤故選d.【總結(jié)升華】理解了e=mc2mc2的各個(gè)量的物理意義，就能準(zhǔn)確的選出錯(cuò)誤的選項(xiàng)舉一反三【變式1】據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（又稱“人造太陽”）已完成了首次工程調(diào)試.

13、下列關(guān)于“人造太陽”的說法中正確的是（）a“人造太陽”的核反應(yīng)方程是2h+3h4he+1n1120b“人造太陽”的核反應(yīng)方程是235u+1n141ba+92kr+31n92056360c“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是de=dmc2d“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是e=12mc2【答案】ac【解析】“人造太陽”是利用海水中的2h和3h聚變而產(chǎn)生大量熱量的.放出的熱量可利用11愛因斯坦質(zhì)能方程e=mc2求出，其中m為質(zhì)量虧損，所以a、c項(xiàng)正確.而b項(xiàng)核反應(yīng)2方程是235u的裂變方程，所以b項(xiàng)錯(cuò)誤.愛因斯坦質(zhì)能方程e=192mc2是計(jì)算質(zhì)量m的粒子所具有的能量，并不是計(jì)算由于核反應(yīng)中質(zhì)量虧損

14、而產(chǎn)生的熱量.所以d項(xiàng)錯(cuò)誤.【變式2】在b衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中1h的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在。1（1）中微子與水中的1h發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子（1n）和正電子（0e），即10+1（中微子+1h1n+0e可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是。填寫選項(xiàng)前的字10+1母）（a）0和0（b）0和1（c）1和0（d）1和1（2）上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子（g），即0+1e+0e2g-1已知正

15、電子和電子的質(zhì)量都為9.110-31，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為j.正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是。（3）試通過分析比較，具有相同動(dòng)能的中子和電子的物質(zhì)波波長的大小?！敬鸢浮浚?）a（2）8.210-14遵循動(dòng)量守恒（3）粒子的動(dòng)量p=2me，k物質(zhì)波的波長l=hp由mm，知pp，則lm，所以pp，故ll。knenene例3、（2015廣東卷）科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：x+y4he+3h+4.9mev和2121h+3h4he+x+17.6mev。下列表述正確的有12（）a.x是中子b.y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6c.兩個(gè)核反應(yīng)都沒有

16、質(zhì)量虧損d.氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng)【答案】ad【解析】題目中有兩個(gè)核反應(yīng)方程，設(shè)azx、ay，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒有：za+a=4+3，2+3=a+4，z+z=2+1，1+1=2+z，可得a=1，a=6，z=0，z=3，故x為中子(1n)，0y是鋰(6li)，選項(xiàng)a正確；由6li知y的質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)都是3，選項(xiàng)b錯(cuò)誤；兩個(gè)核反33應(yīng)都釋放了能量，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知一定都有質(zhì)量虧損，選項(xiàng)c錯(cuò)誤；氘和氚的核反應(yīng)是質(zhì)量較小的核合成了質(zhì)量較大的核，是核聚變反應(yīng)，選項(xiàng)d正確。故選ad。【考點(diǎn)】核反應(yīng)方程；結(jié)合能、質(zhì)量虧損；聚變反應(yīng)舉一反三（【變式1】2015江蘇卷）c.（2）核電站利用原子

17、核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)放出的巨大能量進(jìn)行發(fā)電，23592u是常用的核燃料。235u受一個(gè)中子轟擊后裂變成144ba和89kr兩部分，并產(chǎn)生_925636）個(gè)中子。要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積要_（選填“大于”或者“小于”它的臨界體積。（3）取質(zhì)子的質(zhì)量m=1.672610-27kg，中子的質(zhì)量m=1.674910-27kg，粒子pn的質(zhì)量m=6.646710-27kg，光速c=3108m/s，請計(jì)算粒子的結(jié)合能，（計(jì)算結(jié)果a保留兩位有效數(shù)字）資料來源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理【答案】（2）3大于（3）de=4.310-12j【解析】（2）由235u+1n144ba+89kr+31n可知，會

18、產(chǎn)生3個(gè)中子，要使裂變持續(xù)92056360進(jìn)行（鏈?zhǔn)椒磻?yīng)），物質(zhì)的體積需大于它的臨界體積。（3）組成粒子的核子與粒子的質(zhì)量虧損dm=(2m+2m)-mpna結(jié)合能de=dmc2代入數(shù)據(jù)得de=4.310-12j【點(diǎn)評】本題考查原子核裂變，愛因斯坦質(zhì)能方程?！咀兪?】一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子聚變結(jié)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)g光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法正確的是（）a.核反應(yīng)方程是11h+1n3h+g01b.聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損dm=m+m-m123c.輻射出的g光子的能量e=(m-m-m)c312d.g光子的波長l=h(m+m-m)

19、c2123【答案】b【解析】該核反應(yīng)方程質(zhì)量數(shù)不守恒，a錯(cuò)；聚變反應(yīng)中的質(zhì)量虧損dm=m+m-m，b123對；聚變反應(yīng)中虧損的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量以光子的形式放出，故光子能量為e=(m+m-m)c2，c錯(cuò)；根據(jù)123hcl=e=(m1+m2-m3)c2所以g光子的波長：l=h(m+m-m)c123，d錯(cuò)，故選b?！驹雍宋锢砝?】例4、雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子（e）而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，他探測中微子所用的探測器的主體是一個(gè)貯滿615t四氯乙烯（c2cl4）溶液的巨桶，電子中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程式為n+e3717cl3718ar+0e，-1己知37

20、cl核的質(zhì)量為36.95658u，173718ar核的質(zhì)量為36.95691u，0-1le的質(zhì)量為0.00055u，u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5mev根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為（）a1.33mevb0.82mevc0.51mev0.31mev資料來源于網(wǎng)絡(luò)僅供免費(fèi)交流使用精品文檔用心整理【思路點(diǎn)撥】根據(jù)題意可知該核反應(yīng)過程中質(zhì)量增加，因此需要提供能量，根據(jù)質(zhì)能方程求出反應(yīng)所需能量，然后根據(jù)能量守恒即可求出中微子的最小能量【答案】b【解析】反應(yīng)過程需要能量為：e=mc2=（36.95691u+0.00055u-36.95658u）c2根據(jù)lu質(zhì)量對應(yīng)的能量為931

21、.5mev，得：e0.82mev，所以中微子的能量最小為0.82mev，故acd錯(cuò)誤，b正確故選b【總結(jié)升華】本題考查了能量守恒在原子物理知識中的應(yīng)用，要解答這類問題關(guān)鍵是在計(jì)算上不要出錯(cuò)。舉一反三【變式1】氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應(yīng)方程為：21h+3h4he+x，式中x是某種粒子。已知：2h、3h、4he和粒子x的質(zhì)量分別為121122.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u=931.5mev/c2，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是_，該反應(yīng)釋放出的能量為_mev（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）【答案】（1）1n（中子）17.60【解析】根據(jù)2h+3h4he+x并結(jié)合質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知x為1n；1120由質(zhì)能方程de=dmc2得de=(m+m-m-m)c2=(m+m-m-m)931.5mev=17.6mev2h3h4h1n2h3h4h1n11201120【變式2】一靜止的238u核經(jīng)a衰變成為234th核，釋放出的總動(dòng)能為4.27mev.問此衰變9290后234th核的動(dòng)能為多少mev（保留1位有效數(shù)字）90【答案】0.07mev【解析】據(jù)題意知，此a衰變的衰變方程為238u9223490th+4he，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得2mv=mvaathth式中，m和m分別為a粒子