121知識講解原子能、粒子、宇宙

1、原子能、粒子、宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)】123456789知道核力是只存在于相鄰核子間的短程力； 掌握結(jié)合能與質(zhì)量虧損； 理解愛因斯坦的質(zhì)能方程； 知道重核裂變能放出能量，并能計算核能的變化，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)； 知道什么是聚變；了解鈾核的裂變特點； 了解核裂變反應(yīng)堆的工作原理； 知道聚變和聚變反應(yīng)的特點； 能寫出聚變方程并計算聚變能量；10. 了解可控?zé)岷朔磻?yīng)；11. 了解核電站、核武器及核能的優(yōu)越性、安全性及其危害；12. 了解組成物質(zhì)的粒子；13. 知道粒子的分類及其作用；14. 了解宇宙起源的大爆炸說及恒星的演化.【要點梳理】 要點一、核力與核結(jié)合能1核反應(yīng)（1）核反應(yīng)的定義衰變是原子核的自發(fā)變化，能否

2、用人工方法使原子核發(fā)生變化呢？能事實上質(zhì)子、中子都是通 過原子核的人工轉(zhuǎn)變而發(fā)現(xiàn)的我們把原子核在其他粒子轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)（2）對核反應(yīng)的理解原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng).原子核的人工轉(zhuǎn)變，就是一種 核反應(yīng).和衰變過程一樣，在核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)都守恒.衰變是自發(fā)的、不受物理條件 和化學(xué)條件影響的一種核變化而原子核的人工轉(zhuǎn)變需要一定的裝置和條件才能發(fā)生2.原子核的人工轉(zhuǎn)變（1）質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)及核反應(yīng)方程.粒子轟擊氮原子核，粒子被氮核俘獲后形成復(fù)核，再衰變，產(chǎn)生質(zhì)子1919 年，盧瑟福用核反應(yīng)方程為：174N 42 He187 O 11H .（2）中

3、子的發(fā)現(xiàn)及核反應(yīng)方程.1932 年，英國的物理學(xué)家查德威克對這種不知道的射線進(jìn)行進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)：這種射線的速度 不到光速的十分之一，排除了 射線.之后他用這種射線轟擊氫原子和氮原子，結(jié)果打出一些氫核和 氮核，并通過測定和計算，發(fā)現(xiàn)這種粒子的質(zhì)量非常接近氫核的質(zhì)量，由于它不帶電，故稱之為中子.核反應(yīng)方程為：941214 Be 2 He6 C 0 n .由于能從許多的原子核里打出中子，因而確認(rèn)中子是組成原子核的一部分 3核力 原子核由質(zhì)子和中子組成，中子和質(zhì)子是靠強(qiáng)大的核力結(jié)合在一起的（1）核力：原子核內(nèi)部，核子間所特有的相互作用力（2）核力的特點：核力是強(qiáng)相互作用力，在它的作用范圍內(nèi)核力比庫侖

4、力大得多；核力是短程力，作用范圍在1.5 10 15m之內(nèi).在大于0.8 10 15m時核力表現(xiàn)為引力，超過1.5 10 15m時核力急劇下降幾乎消失.在小于0.8 1015m時核力表現(xiàn)為斥力，因此核子不會融合在一起；每個核子只跟相鄰的核子發(fā)生核力作用這種性質(zhì)稱為核力的飽和性無論是質(zhì)子間、中子間、質(zhì)子和中子間均存在核力（3）自然界中的四種基本相互作用力：萬有引力；電磁力；強(qiáng)相互作用力；弱相互作用力.4核結(jié)合能 由于核子間存在著巨大的核力作用，所以原子核是一個堅固的集體要把原子核拆散成核子，需 要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量一個氘核被拆成一個中子和一個質(zhì)子時，需要能量等于或大于 2.2 M

5、eV 的光子照射核反應(yīng)方程為：12 H11 H 10 n 相反的過程，當(dāng)一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成一個氘核時會釋放出2.2 MeV的能量.這個能量以光子的形式輻射出去核反應(yīng)方程為：1 1 21H 0 n 1 H由于核力的存在，核子結(jié)合成原子核時要放出一定的能量，原子核分解成核子時，要吸收同樣多 的能量核反應(yīng)中放出或吸收的能量稱為核結(jié)合能表示原子核中核子平均結(jié)合能 （又叫比結(jié)合能） ：原子核的結(jié)合能與核子數(shù)之比平均結(jié)合能越大， 結(jié)合得越牢固原子核越穩(wěn)定5質(zhì)量虧損 由于核力的本質(zhì)還在研究之中，所以根據(jù)核力做功來求核能是不可能的但物理學(xué)家卻有辦法求 出核能物理學(xué)家們研究了質(zhì)子、中子和氘核之間的質(zhì)量關(guān)系

6、，發(fā)現(xiàn)氘核雖然是由一個中子和一個質(zhì) 子組成的，但氘核的質(zhì)量要比中子和質(zhì)子的質(zhì)量之和要小一些我們把組成原子核的核子的質(zhì)量與原 子核的質(zhì)量之差叫做核的質(zhì)量虧損根據(jù)質(zhì)量虧損可以計算核能6質(zhì)能方程 （1）質(zhì)能方程：愛因斯坦的相對論指出，物體的能量和質(zhì)量之間存在著密切的聯(lián)系，其關(guān)系是22E mc 或 E mc 這就是著名的愛因斯坦質(zhì)能聯(lián)系方程，簡稱質(zhì)能方程方程的含義是：物體具有的能量與它的質(zhì) 量之間存在著簡單的正比關(guān)系物體的能量增大質(zhì)量也增大，能量減小質(zhì)量也減小（2）對質(zhì)量虧損和質(zhì)能方程的理解： 在核反應(yīng)中仍遵守質(zhì)量守恒和能量守恒的規(guī)律 核反應(yīng)中的 質(zhì)量虧損，并不是這部分質(zhì)量消失或質(zhì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰课矬w的質(zhì)

7、量應(yīng)包括靜止質(zhì)量和運(yùn)動質(zhì)量，質(zhì)量 虧損是靜止質(zhì)量的減少，減少的靜止質(zhì)量轉(zhuǎn)化為和輻射能量相聯(lián)系的運(yùn)動質(zhì)量另外，質(zhì)量虧損也不 是核子個數(shù)的減少，核反應(yīng)中核子個數(shù)是不變的7核能的計算方法 核能的計算是原子物理的重要方面和高考的熱點問題，其基本方法是：（1）根據(jù)質(zhì)量虧損計算，步驟如下：2根據(jù)核反應(yīng)方程，計算核反應(yīng)前和核反應(yīng)后的質(zhì)量虧損m根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 E mc或Eme2計算核能.計算過程中m的單位是千克,E的單位是焦耳.(2)利用原子質(zhì)量單位 U和電子伏特計算. 明確原子單位U和電子伏特間的關(guān)系 由1.6606 10 27kg , 1 eV 1.6 1019J .me2931.5 MeV . 根

8、據(jù)1原子質(zhì)量單位(U )相當(dāng)于931.5 MeV能量， 量單位數(shù)乘以931.5 MeV，即E m 931.5 MeV . 上式中，m的單位是U , E的單位是MeV .(3 )利用平均結(jié)合能來計算核能.原子核的結(jié)合能=核子的平均結(jié)合能X核子數(shù). 核反應(yīng)中反應(yīng)前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結(jié)合能與反 應(yīng)后生成的所有新核的總結(jié)合能之差，就是該次核反應(yīng)所釋放(或吸收)的核能.(4) 根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能.參與核反應(yīng)的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應(yīng)過程中的動量和能量是守恒的，因此，在題給條件中 沒有涉及質(zhì)量虧損，或者核反應(yīng)所釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為生成的新粒子的動能而無光子輻射的情況下， 從動量和能量守恒

9、可以計算出核能的變化.(5) 應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù)計算核能.若要計算具有宏觀質(zhì)量的物質(zhì)中所有原子核都發(fā)生核反應(yīng)所放出的總能量，應(yīng)用阿伏加德羅常數(shù) 計算核能較為簡便.用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M由n M求出物質(zhì)的量，并求出原子核的個數(shù):N NAn NaM由題設(shè)條件求出一個原子核與另一個原子核反應(yīng)放出或吸收的能量Eo (或直接從題目中找出再根據(jù)E NE0求出總能量.&衰變過程中核能的計算衰變能是不穩(wěn)定原子核在進(jìn)行衰變時放出來的能量，由質(zhì)能方程，可以從衰變前后的質(zhì)量虧損求 出衰變能，也可根據(jù)直接測出衰變后產(chǎn)生的新原子核與粒子的動能求得衰變能但是，由于衰變后原子核的質(zhì)

10、量較大，反沖動能 Ek較小，測量就很困難下面我們從動量守恒定律出發(fā)，找到Er和E之間的關(guān)系，只要測出 E就可以知道衰變能.衰變前原子核可看做靜止，動量為零，于是，根據(jù)動量守恒定律有mrvrm v .粒子的速度比光速小得多，可以不考慮相對論效應(yīng)，于是衰變后新原子核的反沖動能Er1 -m22 mvmr工Emr所以,EoE Erm EmrAE ( A是衰變前的核的質(zhì)量數(shù))A 4式中，已用核的質(zhì)量數(shù)之比代替核質(zhì)量之比,這樣做所帶來的誤差是很微小的.所以，要得到衰變能Eo，需要知道粒子的動能E .9 .對原子核中質(zhì)子數(shù)與中子數(shù)比例的解釋原子核越大，有些核子間的距離越來越遠(yuǎn)，隨著距離的增加，核力與電磁力都

11、會減小，但核力減 小得更快.所以，原子核大到一定程度時，相距較遠(yuǎn)的質(zhì)子間的核力不足以平衡它們的庫侖力，這個 原子核就不穩(wěn)定了.這時，不再成對地增加質(zhì)子和中子，而只增加中子，中子與其他核子沒有庫侖斥 力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定.由于這個原因，穩(wěn)定的重原子核里，中子 數(shù)要比質(zhì)子數(shù)多.由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，如果我們繼續(xù)增大原子核，一 些核子間的距離會大到其間根本沒有核力的作用，這時即使再增加中子， 形成的核也一定是不穩(wěn)定的.要點二、重核裂變及其應(yīng)用1核子的平均質(zhì)量核反應(yīng)有的會放出能量，有的會吸收能量，那么什么樣的核反應(yīng)會放出能量，這是本節(jié)需要搞清的第一

12、個問題.也是本節(jié)的一個難點. 為了弄清這個問題， 就必須首先理解核子的平均質(zhì)量這一概念.精確的實驗表明，原子核是由核子組成的，但原子核的質(zhì)量卻不等于所有核子質(zhì)量之和.也就是說，原子核的質(zhì)量雖然會隨著核子數(shù)量的增加而增加，但兩者并不成比例.例如：氫核由一個核子(質(zhì)子)組成；氦核由四個核子(兩個中子，兩個質(zhì)子)組成.但氦核的質(zhì)量卻不是氫核的四倍，而是比 四倍小這樣在不同的原子核中，用原子核的質(zhì)量除以核子數(shù)所得到的核子的平均質(zhì)量就變得不相同 了，換一個說法，也就是同樣的核子在不同的原子核中質(zhì)量不同.進(jìn)一步研究表明，中等質(zhì)量的原子核的核子的平均質(zhì)量較小(鐵核的核子平均質(zhì)量最小)，重核和輕核的核子平均質(zhì)

13、量大，這就為研究核反應(yīng)中能量的釋放建立了理論基礎(chǔ)當(dāng)重核分裂成中等質(zhì)量的 原子核時，會發(fā)生質(zhì)量虧損；當(dāng)輕核聚合成中等質(zhì)量的原子核時，也會發(fā)生質(zhì)量虧損由質(zhì)能方程可 知，此時核反應(yīng)會放出能量.2 .重核的裂變鈾核的裂變(1) 鈾核裂變的發(fā)現(xiàn)：1938年底，德國物理學(xué)家哈恩與斯特拉斯曼利用中子轟擊鈾核時，發(fā)現(xiàn) 了鈾核的裂變，向核能的利用邁出了第一步.(2 )重核裂變：使重核分裂成中等質(zhì)量的原子核的核反應(yīng)叫做重核的裂變.(3 )鈾核裂變的一種核反應(yīng)方程：141 _92-156 Ba 36 Kr3o n .復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)(4) 鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，動，使核變

14、成不規(guī)則的形狀，核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得核由于質(zhì)子間的斥力作用而不能恢復(fù)原狀，這樣就分裂成幾塊，同時放出2或3個中子.這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣,裂變就會不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來越多的核能，這就叫鏈?zhǔn)椒磻?yīng).如圖所示.B1-H1(5 )鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件：鈾塊的體積大于臨界體積.體積超過臨界體積時，保證中子能夠碰 到鈾核.有足夠濃度的鈾 235 .有足夠數(shù)量的慢中子.一種鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的方程：9；5U 0n536Xe 38 Sr 100n E .(6 )重核裂變的條件重核的裂變只能發(fā)生在人為控制的核反應(yīng)中，自然界不會自發(fā)地產(chǎn)生.如鈾核裂變不能自發(fā)地進(jìn) 行，要使鈾核裂變，首先要利

15、用中子轟擊鈾核，使鈾核分裂，分裂過程中，又會放出更多的中子，這 些中子再去轟擊更多鈾核，產(chǎn)生更多的中子，就形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，這個反應(yīng)速度很快，不加控制的話， 能量在很短的瞬間急劇釋放 (原子彈就是利用鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)制造的一種威力巨大的核武器).如果采用其他方法對反應(yīng)速度加以控制就可以和平地利用這種巨大的核能核電站就是可控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng).3 .臨界體積要發(fā)生核反應(yīng)，就必須使中子擊中鈾核，而核的體積很小，那么在鈾塊不太大的情況下，中子通 過鈾塊時，沒有碰到鈾核而跑到鈾塊外，因此，要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必須大于某一值，能發(fā) 生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫它的臨界體積.4核電站與核電站的主要組成和工作原理

16、及優(yōu)點(1) 核電站：原子彈殺傷力強(qiáng)大的原因是核能在極短時間內(nèi)釋放出來.核電站是利用緩慢釋放的 核能來發(fā)電，這是核能的和平利用，現(xiàn)在世界上已有不少國家建有核電站，我國已建成使用和正在建 設(shè)的核電站必將為現(xiàn)代化的建設(shè)提供能源保障.(2) 核電站的主要組成.核電站的核心是核反應(yīng)堆，核反應(yīng)堆的主要組成部分及其作用是：核燃料：反應(yīng)堆使用濃縮鈾(鈾235占3%4%)制成鈾棒，作為核燃料，釋放核能.中子減速劑：鈾235具有易俘獲慢中子，不易俘獲快中子的特點. 而核反應(yīng)中釋放的中子多數(shù)為快中子， 應(yīng)使用減速劑使它們的速度降下來常用作減速劑的物質(zhì)有石墨、重水或普通水控制棒：為了控 制能量釋放的速度，就要想辦法

17、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：核反應(yīng)堆外層是很厚的水泥壁可 防止射線輻射出去.熱交換器：靠水或液態(tài)金屬鈉在反應(yīng)堆內(nèi)外的循環(huán)流動，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(3) 核電站的優(yōu)點是：消耗的“燃料”很少；作為核燃料的鈾、釷等在地球上的可采儲量大； 對環(huán)境污染比火電站要小.5.原子彈原子彈是利用快中子導(dǎo)致鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而發(fā)生原子爆炸的武器.在裂變材料的體積大于臨界體積時，可以使增殖系數(shù) K 1 ,這時中子數(shù)可逐代倍增，最后引起原子爆炸.對純235 U，其K 2 .若No 1

18、, 則到第80代時，中子數(shù)已增到 N 280個，其已大到相當(dāng)于1 kg鈾的原子數(shù)，因此1 kg純235 U只要經(jīng)過80代裂變就可以全部發(fā)生裂變.若將1 kg鈾做成球狀，其直徑不過 5 cm，而快中子的速度約為235238239U （或 U 、 Pu 等）2 107m s1 ，所以裂變進(jìn)行得極其迅猛，其爆炸可在百分之一秒內(nèi)完成原子彈的結(jié)構(gòu)形式有許多種，一般是將兩塊或多塊小于臨界體積的 放在一個密封的彈殼內(nèi)，平時這幾塊相隔一定的距離，所以不會爆炸使用時可通過引爆裝置使它們 驟然合為一體，由于其體積超過臨界體積，爆炸瞬間發(fā)生2356.為什么鈾的同位素中92235 U 最容易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)在天然鈾中，主

19、要有兩種同位素，99.3的是鈾 238， 0.7的是鈾 235 ，中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同23592325 U ：俘獲各種能量的中子都會發(fā)生裂變，且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大2381 MeV 的92328 U ：只有俘獲能量大于 1 MeV 的中子才能發(fā)生核反應(yīng)，且裂變的幾率小對于低于 中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起核反應(yīng)因此，為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)牛，最好利用純鈾 235 要點三、輕核聚變及其應(yīng)用1輕核的聚變（1）聚變 把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為募變聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng)（2）聚變方程：1H 1 H 2 He 0 n3）聚變發(fā)生

20、的條件：要使輕核聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離1 015 m ，但是原子核是帶正電的，要使它們接近 1 015 m 就止須克服電荷間很大的斥力作用，這就要求使核具有足夠的動能要使原子核具 有足夠大的動能，就要給核加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬度的高溫綜上所述，核聚變只有在超高溫條件 下才能發(fā)生2聚變與裂變的區(qū)別 重核的裂變、輕核的聚變都能釋放出巨大的核能，但兩者是有區(qū)別的（1）原理不同 重核的裂變是重核裂變成幾個中等質(zhì)量的原子核，放出能量，而聚變是幾個輕核聚變（結(jié)合）成 一個中等質(zhì)量的原子核，放出巨大的能量（2）放出能量的大小不同重核裂變時， 平均每個核子釋放的能量約為 1兆電子伏， 而輕核

21、的聚變， 平均每個核子釋放出 3 兆電子伏以上的能量，即聚變比裂變能放出更多的能量.(3) 廢料處理難度不同.裂變產(chǎn)生的廢料處理起來比較困難，而熱核反應(yīng)的廢料處理要簡單得多.(4) “燃料”的豐富程度不同.熱核反應(yīng)所需要的“燃料”一一氘在地球上非常豐富，1升海水中大約有0.03克氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約和燃燒300升汽油相當(dāng)而裂變?nèi)剂弦灰烩櫾诘厍蛏蟽α坑邢蓿绕涫怯糜诤肆炎兊拟?35，在鈾礦中僅占0.7%，相比起來聚變的燃料一一氘要豐富得多我國是一個“貧 鈾”國家，貯藏量不多.(5) 兩種反應(yīng)的可控制性不同.裂變反應(yīng)速度可以比較容易地進(jìn)行人工控制，因此，現(xiàn)在國際上的核電站都是利用

22、裂變放出能量，而聚變反應(yīng)的可控制性比較困難，世界上許多國家都積極研究可控?zé)岷朔磻?yīng)的理論和技術(shù).我國可控 熱核反應(yīng)的研究情況是：1984年9月，我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實驗裝置“中國環(huán)流一號”順利 啟動.1094年，具有國際先進(jìn)水平的可控?zé)岷朔磻?yīng)實驗裝置“ HT-7超導(dǎo)托卡馬克”已安裝調(diào)試成功,我國研究可控?zé)岷朔磻?yīng)方面已經(jīng)具有一定的實力.3.輕核聚變釋放核能的計算方法輕核聚變時釋放出的能量的計算與上兩節(jié)的方法基本相同，具體的仍然分為以下兩種：(1)根據(jù)質(zhì)量虧損計算.m)的千克數(shù)乘以真空中光速根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(3 108m/s )的平方，即E me2 .931.

23、5 MeV，即 m 931.5 MeV .(2)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(U )相當(dāng)于931.5 MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子 質(zhì)量單位數(shù)乘以E要點詮釋:式中 m的單位為kg，式中 m的單位是U ,E的單位是MeV .4聚變比裂變反應(yīng)放出更多能量的原因(1 )平均每個核子放能較多，是裂變反應(yīng)的34倍.如一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦核時1 kg氦時放出的能量為放出能量17.6 MeV，平均每個核子放出能量約 3.5 MeV ;而鈾235裂變時，平均每個核子放出能量 為 I MeV .(2)同樣質(zhì)量 的情況下，輕核的核子個數(shù)多，如氘和氚聚變?yōu)?32.65 lO eV .Ei1000

24、6.02 1023 17.6MeV2.65 1033eV.4假設(shè)一個鈾核裂變時平均放出的能量為200 MeV，則丨kg鈾核全部裂變時放出能量為E21000 6.02 1023 200MeV 5 1032eV.E25.熱核反應(yīng)的控制技術(shù)以及聚變的應(yīng)用(1) 控制方法. 磁約束：利用強(qiáng)磁場來約束參加反應(yīng)的物質(zhì)目前性能最好的磁約束裝置是環(huán)流器(又稱托卡 馬克).2002年12月“中國環(huán)流器二號”開始運(yùn)行. 慣性約束：利用強(qiáng)激光的慣性壓力約束參加反應(yīng)的物質(zhì).目前可控制核聚變還處于基礎(chǔ)研究階段.(2) 聚變的應(yīng)用. 核武器一一氫彈：是一種不需人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生 的高溫

25、高壓引發(fā)熱核聚變爆炸. 如果攻克了受控?zé)岷司圩兊膶崿F(xiàn)技術(shù)，那就可望解決全世界的“能源危機(jī)”.(3) 我國的兩彈發(fā)展.1964年10月16日我國第一顆原子彈爆炸成功.1967年6月17日我國的氫彈試爆成功.6 為什么輕核聚變和重核裂變都會釋放能量(1 )可以從核子的平均結(jié)合能上看，如圖.憊二皺曲芒耳檢平均結(jié)合能隨質(zhì)童數(shù)的S化從圖中可以看出，鐵的平均結(jié)合能最大，也就是核子結(jié)合成鐵或鐵附近的原子核時，每個核子平均 放出的能量大.因此可知兩個比鐵輕的原子核結(jié)合時，或比鐵重的重核分裂時，都要放出能量.(2)也可以根據(jù)核子的平均質(zhì)量圖分析，如圖，由圖中可以看出，鐵原子核子的平均質(zhì)量最小， 如果原子序數(shù)較大

26、的 A裂變成B或C，或者原子序數(shù)較小的 D和E結(jié)合成F核，都會有質(zhì)量虧損, 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，都要放出能量.要點四、粒子與宇宙1 “基本粒子”不基本(1)(2)成.19世紀(jì)末，許多人認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子.從20世紀(jì)起科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了 400多種同種類的新粒子，它們不是由質(zhì)子、中子、電子組科學(xué)家進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也是復(fù)合粒子，且還有著復(fù)雜的結(jié)構(gòu).（4）粒子加速器和粒子探測器是研究粒子物理的主要工具.2 .粒子的分類按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可以將粒子分為三大類：強(qiáng)子、輕子和媒介子. 微觀粒子分類如下表所示：分類參與的相互作用發(fā)現(xiàn)的粒子備注強(qiáng)子

27、強(qiáng)相互作用質(zhì)子、中子、介子、超子質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子強(qiáng)子有內(nèi)部 結(jié)構(gòu)輕子不參與強(qiáng)相互作 用電子、電子中微子、子、子中微子，子、子中微子無內(nèi)部結(jié)構(gòu)媒介子各種相互作用光子、中間玻色子、膠子光子傳遞電磁相互作用 玻色子傳遞弱相互作用 膠子傳遞強(qiáng)相互作用3反粒子（反物質(zhì)）實驗發(fā)現(xiàn)，許多粒子都有和它質(zhì)量相同而電荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子例如電 子和正電子，質(zhì)子和反質(zhì)子等由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)叫反物質(zhì).，即同反粒子（反物質(zhì)）最顯著的特點是當(dāng)它們與相應(yīng)的正粒子（物質(zhì)）相遇時，會發(fā)生“湮滅” 時消失而轉(zhuǎn)化成其他的粒子.4 .夸克模型實驗表明強(qiáng)子是有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的，1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸

28、克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的.5 .宇宙的演化用粒子物理學(xué)可以較好地解釋宇宙的演化.根據(jù)大爆炸理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時期在大爆炸的瞬間（約1044s，溫度為1O32K ）產(chǎn)生夸克、輕子、膠子等粒子.大爆炸后約106s，溫度下降到1O13K左右，夸克構(gòu)成質(zhì)子和中子等強(qiáng)子，這個溫度范圍正是各種強(qiáng)子熙熙攘攘擠在一起的時代，稱為強(qiáng)子時代.當(dāng)溫度下降到1011K （10-2s），只剩下少量的夸克，而自由的1O9K (102s),少量的中3等輕核及其他輕核生成，此時稱為核合成光子、中微子和電子等輕子大量存在，此時代稱為輕子時代.當(dāng)溫度下降到 子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并很快生成氦核，同時

29、有氚核、氦 時代.在3000 K左右（105s）,電子與原子核結(jié)合成原子，此時稱為復(fù)合時代.繼續(xù)冷卻，質(zhì)子、電子、原子等與光子分離而逐步組成恒星和星系.6 .恒星的演化大爆炸10萬年后，溫度下降到 3000 K左右出現(xiàn)了由中性原子構(gòu)成的宇宙塵埃由于萬有引力 作用逐漸凝聚成團(tuán)塊，形成氣態(tài)的星云團(tuán)，星云團(tuán)進(jìn)一步凝聚收縮，使得引力勢能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度 升高，溫度升到一定程度就開始發(fā)光，這樣一顆恒星就誕生了.這顆星繼續(xù)收縮，繼續(xù)升溫，當(dāng)溫度 超過1O7K時，氫聚變成氦，向外輻射能量，核能耗盡后就進(jìn)入末期，末期形態(tài)主要有三種：白矮星、 中子星和黑洞.7.夸克理論簡介夸克理論經(jīng)過幾十年的完善和發(fā)展，已經(jīng)逐

30、漸為多數(shù)粒子物理學(xué)家所接受.根據(jù)夸克理論，夸克有6種，它們是上夸克（U ）、奇異夸克（s）、粲夸克（c）、下夸克（d ）、底夸克（b）和頂夸克（t）.它一 1 2們帶的電荷分別為元電荷的-或 一.到目前為止，人們已經(jīng)從實驗中發(fā)現(xiàn)了所有336種夸克及其反夸克存在的證據(jù).夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展中的一個重大突破，它指出電子電荷不再 是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷.&統(tǒng)一場論（微觀粒子與宏觀宇宙的統(tǒng)一）物理學(xué)向微觀粒子和宇宙兩個領(lǐng)域的研究今天得到了初步統(tǒng)一，統(tǒng)一場 論在逐漸形成物理學(xué)完整、和諧美在這里又得到了充分體現(xiàn)正如緒言中 所說：“物理學(xué)中研究最大和最小對象的兩個分支一一宇宙學(xué)和粒子物理學(xué)就

31、 奇妙地銜接在一起，猶如一條怪蟒咬住自己的尾巴.:於印熬10 * 毘滅艷：7； I 4 10 I人整更瞅10* 口 10* 10 2 10* 10* 10 10* 0 L護(hù) 10* 10 10 10 ” 10 1曠 10 1曠 10，10 1 10!1廠赴心10 B 10!, 亠10 *0-*廿的痔聲MBio*nlO* 10 1嚴(yán) 1嚴(yán) 1叫4Iff Sh粗子的壽命圖 48 1宇宙的時間跨度m迪10UNA hUftirrnil* illur臨I2倖1汁14P 駁近恤 sjffiw10*WZ的旳彳鱉桂Aiu啊熾wHftin叩矗W的flfl&n 化 f 覽f字宙*滴址的叩ffilULwwaWAai

32、aetAftv卜的槍 河V論.辿樣.tn沖S究小時望 tfjfliiS/firfSfE 佔.就如 +總陀.nu的您巴tn=1銀何睪原F1沖址小的E百卓和 f世界fi錄分L快運(yùn)莎富I吐命于的*帀h：tn宇宙的空間跨度從上面的兩個圖可以看到，人類所在物質(zhì)世界的空間跨度與時間跨度競 呈現(xiàn)出如此的對稱美.要點四、單元知識網(wǎng)絡(luò)44 于天燐獲射性研究I原子核結(jié)質(zhì)子和中子人工核轉(zhuǎn)變-核變化*械製變II核力X能放射性同位素【典型例題】 類型一、 例 和斥力，151.5 10 m之內(nèi)，由題核力與核結(jié)合能1.科學(xué)研究表明，自然界存在四種基本相互作用.我們知道分子之間也存在相互作用的引力 那么分子力實質(zhì)上屬于（）.

33、A.引力相互作用B .電磁相互作用C .強(qiáng)相互作用和弱相互作用的共同作用D .四種基本相互作用的共同作用【思路點撥】分子由原子組成，原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子組成，分子力就是 由這些帶電粒子之間相互作用引起的.【答案】B【解析】分子作用范圍約在1010m數(shù)量級上，強(qiáng)相互作用和弱相互作用都是短程力，作用范圍在1015m和1018m之內(nèi)，在這個距離上分子力不存在.在這個范圍內(nèi)引力相互作用和電磁相互作用都存在，但由于電磁力遠(yuǎn)大于萬有引力，弓I力相互作用可以忽略不計，因此分子力本質(zhì)上屬于電磁相 互作用.【總結(jié)升華】分子由原子組成，原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子組成，分子力就是

34、由這些帶電粒子之間相互作用引起的，這樣就很自然地揭示出分子力本質(zhì)上是一種電磁相互作用.舉一反三：【變式1】激光中子是由重原子核吸收光子后發(fā)射中子而產(chǎn)生的，光子的極限能量大約是10 MeV .假定中子從原子核上向外移開距離1013cm所受的力保持不變，則平均核力的數(shù)量級是( ).A . 10 3NB. 10 N C. 103ND .無法計算【答案】C【解析】核力是一種很強(qiáng)的力，應(yīng)存在于相鄰的核子之間，作用范圍在意知:F 10 叮6 21019N 1.6 103 N ,10 13 10 2故選項C正確.【總結(jié)升華】核力是核子內(nèi)特有的力，只在1015 m范圍內(nèi)才有力的作用，計算時，用能量的觀點做近似

35、的處理，可計算出核力的大小.【變式2】下面關(guān)于結(jié)合能和比結(jié)合能的說法中，正確的有（）A 核子結(jié)合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量稱為結(jié)合能 B 比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，因此它的結(jié)合能也一定越大 C 重核與中等質(zhì)量原子核相比較，重核的結(jié)合能和比結(jié)合能都大D 中等質(zhì)量原子核的結(jié)合能和比結(jié)合能均比輕核的要大【答案】D【解析】核子結(jié)合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A選項錯；比結(jié)合能越大的原子核越穩(wěn)定，但比結(jié)合能越大的原子核，其結(jié)合能不一定大，例如中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能 比重核大，但由于核子數(shù)比重核少，其結(jié)合能比重核反而小，B、C兩項錯；中等質(zhì)量原子核的比結(jié)合能比輕

36、核的大，它的原子核內(nèi)核子數(shù)又比輕核多，因此它的結(jié)合能也比輕核大，D選項正確.【總結(jié)升華】結(jié)合能和比結(jié)合能定義的理解是判斷此題關(guān)鍵.【高清課堂：原子能、粒子、宇宙例1】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2坦提出的質(zhì)能方程 E me，下列說法中不正確的是（).2A E me表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比2B 根據(jù) E me可以計算核反應(yīng)中釋放的核能C .一個中子和一個質(zhì)子結(jié)合成氘核時，釋放出核能，表明此過程中出現(xiàn)了質(zhì)量虧損2me中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能【答案】【解析】- 2愛因斯坦質(zhì)能方程 E me2，定量地指出了物體能量和質(zhì)量之間的關(guān)系

37、,A正確；由質(zhì)能方程知，當(dāng)物體的質(zhì)量減少時，物體的能量降低，向外釋放了能量；反之，若物體的質(zhì)量增加了， 則物體的能量升高，表明它從外界吸收了能量，所以由物體的質(zhì)量變化能算出物體的能量變化。故 C正確.D錯誤.【總結(jié)升華】質(zhì)能方程反映了質(zhì)量與能量的對應(yīng)關(guān)系物體的能量跟其質(zhì)量成正比，即一定的能 量必定對應(yīng)著一定的質(zhì)量，質(zhì)量不能轉(zhuǎn)化為能量.舉一反三：【變式】已知氮核質(zhì)量mN 14.00735 u ,氧核質(zhì)量m。17.00454 u ,氦核質(zhì)量14 4 17 1mHe 4.003 87 u ，質(zhì)子質(zhì)量 mH 1.00815 u ，試判斷核反應(yīng): 174N 24He 187O 11 H 是吸能反應(yīng)，還是

38、放能反應(yīng)，能量變化多少？2【思路點撥】E mc .（ m單位是kg ）； E m 931.5 MeV （ m單位是u）.答案】見解析。 解析】反應(yīng)前總質(zhì)量mN mHe 18.01122 u ，反應(yīng)后總質(zhì)量mO mH 18.01269 u 因為反應(yīng)中質(zhì)量增加，所以此反應(yīng)為吸能反應(yīng)，所吸收的能量為Emc2 mO mH mN mHe c2（18.0126918.01122） 931.5 MeV1.4 MeV總結(jié)升華】核能的計算方法為:1）根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損乘以真空中光速的平方:2E m . （ m單位是kg ）（2）根據(jù)1原子質(zhì)量單位（u ）相當(dāng)于931.5 MeV能

39、量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子 質(zhì)量單位數(shù)乘以 931.5 MeV ，即E m 931.5 MeV （ m 單位是 u）3例 3iH的質(zhì)量是3.016050 u質(zhì)子的質(zhì)量是1.007 277 u中子質(zhì)量是1.008 665 u.求:一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合為氚核時，是吸收還是放出能量？該能量為多少？ 氚核的結(jié)合能和比結(jié)合能各是多少？ 如果這些能量是以光子形式放出，則光子的頻率是多少？答案】見解析。解析】（1）一個質(zhì)子和兩個中子結(jié)合成氚核的反應(yīng)方程式是11H 210n13 H ，反應(yīng)前各核子總質(zhì)量為m 2mn 1.007277 u 2 1.008665 u 3.024607 u，反應(yīng)后新核

40、的質(zhì)量為mH 3.016050 u ，質(zhì)量虧損為m 3.016050 u3024607 u -0.008 557 u. 故此核反應(yīng)為放能反應(yīng).因反應(yīng)前的總質(zhì)量大于反應(yīng)后的總質(zhì)量, 釋放的核能為E 0.008 557 931.5 MeV(2) 氚核的結(jié)合能即為E 7.97 MeV,它的比結(jié)合能為2.66MeV .3(3) 放出光子的頻率為7.97 MeV .7.97 106 1.6 10.34106.6319 21 Hz 1.92 10 Hz .舉一反三：【高清課堂：原子能、粒子、宇宙 例2】【變式1】某核反應(yīng)方程為2342 22h+3h4He+X .已知 2h 1H 的質(zhì)量為 2.0136u

41、,3h的質(zhì)量為3.0180U, 4He的質(zhì)量為4.0026u, X的質(zhì)量為1.0087u .則下列說法中正確的是(A . X是質(zhì)子，該反應(yīng)釋放能量 B . X是中子，該反應(yīng)釋放能量 C. X是質(zhì)子，該反應(yīng)吸收能量 D . X是中子，該反應(yīng)吸收能量【答案】B【變式2】一對正、負(fù)電子相撞，可以轉(zhuǎn)化為兩個頻率相同的光子，試求這對光子的頻率.【答案】見解析?！窘馕觥空⒇?fù)電子相撞轉(zhuǎn)變成兩個光子，光子質(zhì)量為零，兩個電子的質(zhì)量虧損以 形式釋放能量，每個光子所具有的能量占總能量的二分之一，光子輻射的Eme2 2 0.91 1030(3 108)2J 16.38 10Tj .每一光子能量E 12則光子頻率：E

42、 8.19 10 14J .比旦;Hz 1.246.63 101020 Hz .【變式3】一真空中存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為的原子核發(fā)生現(xiàn)測得B的勻強(qiáng)磁場，磁場中有一靜止的質(zhì)量為 M 一次衰變，已知 粒子的質(zhì)量為m ,電荷量為q ,其運(yùn)動的軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi). 粒子運(yùn)動的軌道半徑為 R，試求出在衰變過程中的質(zhì)量虧損.(注：涉及動量問題時，虧損的質(zhì)量可忽略不計）.【答案】見解析?！窘馕觥吭O(shè)衰變放出的粒子的速度為V,則:2V qvB m ,R用V/表示衰變后剩余核的速度，在考慮衰變過程中系統(tǒng)的動量守恒時，因為虧損質(zhì)量很小，可不 予考慮，由動量守恒定律可知:(M m)v / mv .在衰變過程中，粒子和

43、剩余核的動能來自于核能，即2 me1（M m）v2 M ,解得:M (qBR)222e m(M m)【總結(jié)升華】本題是釋放的核能轉(zhuǎn)換成了粒子和新核的動能。再根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程進(jìn)行分析計算本題考查衰變中動量守恒定律的應(yīng)用、磁場中粒子做圓周運(yùn)動的分析及核能的計算.類型二、重核裂變及其應(yīng)用例4關(guān)于重核的裂變，以下說法正確的是（）.A 核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時得到的能量B .中子從鈾塊中通過時，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C 重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少D 由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時, 要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能【思路點

44、撥】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析.【答案】D【解析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時因鈾核俘獲中子即發(fā)生核 反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程，其釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時吸收的能量鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是 有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積.如果體積小，中子從鈾塊中穿過時，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會發(fā)生.在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會減少的，如2359013692 U裂變?yōu)?8Sr和54 Xe的核反應(yīng),其核反應(yīng)方程為935 U0 n90136J38 Sr 54 Xe 10。n ,其中各粒子質(zhì)量分別為mu235.0439 u ,mn 1.00867 u ,msr89

45、.9077 u ,mxe135.9072 u ,質(zhì)量虧損為mumn msr mxe 10mn0.15097 u 核子數(shù)是不會減少的，因此選項A、B、C均還會發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能綜可見鈾裂變的質(zhì)量虧損是遠(yuǎn)小于一個核子的質(zhì)量的， 錯重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，由于平均質(zhì)量減小， 上所述，選項D正確.【總結(jié)升華】重核發(fā)生裂變的條件是：（1）要俘獲慢中子；（2）鈾塊的體積要大于臨界體積.重核裂變放能的原因是：重核核子的平均質(zhì)量大于中等核核子的平均質(zhì)量.舉一反三：【變式】在核反應(yīng)堆中，為了使中子減速成為慢中子，必須用重水或石墨作慢化劑，使快中子跟慢化劑的原子核相碰 （設(shè)這些碰撞是彈性正碰），以

46、達(dá)到減速的目的. 你認(rèn)為用質(zhì)量數(shù)大的作慢化劑效 果好還是用質(zhì)量數(shù)小的作慢化劑效果好？試作相應(yīng)說明和計算（設(shè)減速劑原子核原來是靜止的）【答案】見解析。【解析】因中子與慢化荊原予核發(fā)生彈性碰撞，碰撞過程動量和能量都守恒.設(shè)中子質(zhì)量為m,慢化劑原子核質(zhì)量為 M，中子的初速度為 v0，有mv0 mviMV2 ,2mvi22Mv2 ,解得Vi可見，當(dāng)M越接近m時，vi越小，即質(zhì)子數(shù)小的減速效果好.例5核反應(yīng)堆的構(gòu)造是怎樣的？有哪些類型?【答案】見解析。【解析】在核電站中，核反應(yīng)堆是熱源，如圖為簡化的核反應(yīng)堆的示意圖:中子吸收棒（碩或錨）冷氣二UB E.石墨減速剖 鈾棒厚船疑土防護(hù)層鈾棒是燃料，由天然鈾或

47、濃縮鈾（鈾235的含量占3%4% ）制成，石墨（或重水）為減速劑，使反應(yīng)生成的快中子變?yōu)槁凶樱阌阝?35吸收，發(fā)生裂變，減速劑附在鈾棒周圍.鎘棒的作用是吸收中子，控制反應(yīng)速度，所以也叫控制棒，控制棒插入深些，吸收中子多，反應(yīng)速度變慢；插入淺 一些，吸收中子少，反應(yīng)速度加快，采用電子儀器自動地調(diào)節(jié)控制棒的升降，就能使反應(yīng)堆安全正常 地工作.核反應(yīng)釋放的能量大部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，這時通過水、液態(tài)鈉或二氧化碳作冷卻劑，在反應(yīng)堆內(nèi)外 循環(huán)流動，把內(nèi)能傳輸出去，用于推動蒸汽機(jī)，使發(fā)電機(jī)發(fā)電.發(fā)生裂變反應(yīng)時，會產(chǎn)生一些有危害 的放射性物質(zhì)，很厚的混凝土防護(hù)層可以防止輻射線射到外面.核反應(yīng)堆有下列不同類型（

48、1）氣冷式反應(yīng)堆，即采用冷氣體作為冷卻劑，如空氣、二氧化碳等，英國大多數(shù)核電站的反應(yīng) 堆是氣冷式的.（2 ）水冷式反應(yīng)堆. 壓水堆與沸水堆：在正常運(yùn)動條件下，壓水堆內(nèi)的水由于受到很高的壓力，始終處于“液態(tài)”，我國已建成的秦山核電站（一期）和大亞灣核電站以及正在建設(shè)的秦山二期、嶺澳和田灣核電站均采用壓水堆.沸水反應(yīng) 堆內(nèi)的水處于汽、液兩相的狀態(tài). 輕水堆與重水堆：氫有三種同位素：氕、氘、氚普通水中的氫原子是“氕”，這種水稱為“輕水”；若水中的氫原子是“氘”，則稱為“重水”，“輕水堆”和“重水堆”的區(qū)別在于反應(yīng)堆的冷卻劑、慢化劑是“輕水” 還是“重水” 秦山三期核電工程采用的是重水堆.【總結(jié)升華】

49、了解核反應(yīng)堆的構(gòu)造，搞清各部的作用及基本原理.例6.已知一個鈾235核裂變時能釋放200 MeV的能量，問1 kg鈾完全裂變能釋放多少能量?相當(dāng)于完全燃燒多少噸熱值為2.94 107 J/kg的煤所放出的能量?【思路點撥】第一步如何把已知與所求聯(lián)系起來，特別是要能考慮到利用相對原子質(zhì)量和阿伏加 德羅常數(shù)來計算1 kg鈾所含有的原子核數(shù).【答案】見解析。【解析】首先求出1 kg鈾235中含有的原子核數(shù)，然后即可根據(jù)已知求解.1 kg鈾235中含有的原子核數(shù)為詈 6.02 1023個 2.562 1024個，每個鈾核裂變能放出 200 MeV的能量，貝y 1 kg鈾核裂變能釋放E 2.5625.1

50、245.1241024 200 MeV1026 MeV1032 1.6 1019J8.2 1013J設(shè)與1 kg鈾235完全裂變釋放出的能量相當(dāng)?shù)拿旱馁|(zhì)量是m，則m 2.94 107J/kg8.2 1013J.m Tkg 2.789 1 06kg 2789t . 2.94 10【總結(jié)升華】解答此題的關(guān)鍵在于第一步如何把已知與所求聯(lián)系起來，特別是要能考慮到利用相 對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)來計算1 kg鈾所含有的原子核數(shù)，然后一切問題便迎刃而解.舉一反三：23513994【變式】92 U受中子轟擊時會發(fā)生裂變，產(chǎn)生56 Ba和36 Kr ,同時放出200兆電子伏的能量.現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是 50萬

51、千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料.假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來發(fā)電，那么一天需要純鈾 235的質(zhì)量為多大？（阿伏加德羅常數(shù)取6.02 1023mo|T)【答案】見解析?！窘馕觥库?35釋放的能量等于一天發(fā)電的電能.計算出50萬千瓦的電站一天發(fā)出的電能,是一天所需的鈾235釋放的核能，進(jìn)而求得鈾 235的質(zhì)量.先根據(jù)發(fā)電功率計算出每天所發(fā)電能的總量為：也就E 24 3.6 103 P 4.32 1013J.要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目為:4.32 1013n 2 108 1.6 10 19 個 1.35 1024個.則對應(yīng)的質(zhì)量為:24m 35 1023 235 10 3kg

52、 0.527 kg .6.02 1023【總結(jié)升華】本題以核電站發(fā)電為背景材料，通過量化計算，說明核能的利用是解決能源問題的 有效途徑.類型三、輕核聚變及其應(yīng)用例7、（2015 肇慶三測）已知氘核的平均結(jié)合能是1.09 MeV ,氚核的平均結(jié)合能是 2.78 MeV ,氦核的平均結(jié)合能是 7.03 MeV。在某次核反應(yīng)中，1個氘核和1個氚核結(jié)合生成1個氦核并放出17.6MeV的能量，下列說法正確的是 （）A.這是一個裂變反應(yīng)2341B.核反應(yīng)方程式為1 H 1H2He 0nC目前核電站都采用上述核反應(yīng)發(fā)電D.該核反應(yīng)會有質(zhì)量虧損【答案】BD【解析】1個氘核和1個氚核結(jié)臺生成1個氮核，這是聚變反應(yīng)選項 A錯誤；B、1個氘核和1 個氚核結(jié)臺生成1個氮核，根據(jù)質(zhì)量數(shù)與質(zhì)子數(shù)守恒知同時有一個中子生成，反應(yīng)方程為十;耳壓+胡選項B正確；目前核電站都采用核裂變發(fā)電.選項C錯誤；該反應(yīng)放出熱量,所以一定有質(zhì)量虧損選項 D正確.舉一反三：【變式】（2015H 1hbx 0e【總結(jié)升華】重核裂變，輕核聚變，是區(qū)分裂變和聚變的關(guān)鍵。目前核電站都采用核裂變發(fā)電。連徐宿三調(diào)）太陽和許多恒星發(fā)光是內(nèi)部核聚變的結(jié)果，核反應(yīng)方程e是太陽內(nèi)部的許多核反應(yīng)中的一種，其中0e為正電子，Ve為中微子,確定核反應(yīng)方程中a、b的值;在質(zhì)子與質(zhì)子達(dá)