2012高二物理课件第十九章56重核的裂变(人教版选修3-5)

5核力与结合能6重核的裂变知识点1核力与四种基本相互作用1．核力：组成原子核的相邻核子存在着一种特殊的力，这种力叫做______．核力强相互作用短程力2．核力的特点：(1)核力是____________(强力)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_______，作用范围在1.5×10－15m之内；(3)每个核子只跟邻近核子发生核力作用，这种性质称为_____________．核力的饱和性3．弱力：自然界的第四种相互作用力——弱相互作用，它是引起β衰变的原因．弱力是________，它的力程比强力短，作用强度比电磁力小．短程力引力相互作用4．四种基本相互作用：人类目前已知的自然界中最基本的四种相互作用，即____________、_____________、__________和_____________．电磁相互作用强相互作用【特别提醒】核力在大于0.8×10-15m时表现为吸引力，且随距离增大而减小，超过1.5×10-15m，核力急剧下降几乎消失；在小于0.8×10-15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起.弱相互作用知识点2原子核中质子和中子的比例1．自然界中较轻的原子核质子数与中子数大致相等，较重的原子核，中子数大于质子数，原子核越重，两者相差越大．2．自然界中稳定核的质子和中子比例是由核力与电磁力的不同特点决定的．知识点3结合能与质量亏损原子核的结合能1．结合能：核子结合成原子核时放出的能量，或原子核分解成核子时需要吸收的能量，都叫做________________．2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比，也叫______________．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．结合能3．质量亏损：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4．质能方程：爱因斯坦指出物体能量与它的质量的关系，即________E＝mc25．中等大小的核最稳定，它们的比结合能最大，如果把较重的核分裂成中等大小的核或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都会有能量释放．平均【例题】下面关于结合能和比结合能的说法中，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．比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，重核的结合能和比结合能都大D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大解析：核子结合成原子核是放出能量，原子核拆解成核子是吸收能量，A选项错；比结合能越大的原子核是越稳定，但比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比结合能比重核大，但由于核子数比重核少，其结合能比重核反而小，B、C选项错；中等质量原子核的比结合能比轻核的大，它的原子核内核子数又比轻核多，因此它的结合能也比轻核大，D选项正确．答案：D1．(双选)对结合能、比结合能的认识，下列正确的是()A．一切原子核均具有结合能ADB．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．比结合能越大的原子核越稳定解析：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它需要赋予相应的能量，该能量即为结合能，故A正确，B错误；对核子较多的原子核的结合能越大，但它的比结合能不一定大，比结合能的大小反映了原子核的稳定性，故C错误，D正确．知识点4重核的裂变1．裂变：重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应．2．典型的铀核裂变的核反应方程：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n3．链式反应：重核裂变时产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应．4．裂变的应用(1)原子弹：利用重核裂变的链式反应制造的大规模杀伤性武器．(2)核电站：利用核能的可控释放发电，是核能的和平利用．核电站的核心是核反应堆．当前普遍使用的慢中子核反应堆的主要组成是：①核燃料——铀棒；②慢化剂；③控制棒；④冷却系统；⑤水泥防护层．【例题】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的能量，产生明显的质量亏损，所以核子数减少D．由于重核的核子平均质量大于中等质量核的核子平均质量，所以重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能解析：根据重核发生裂变的条件和裂变放能的原理分析可知，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能量的，A错；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，B错；铀裂变的质量亏损远小于一个核子的质量，核子数不会减少，C错；重核裂变为中等质量的原子核时，由于平均质量减小，发生质量亏损，从而释放出核能，D正确．答案：DA．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＝mc2，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2．一个23592U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23592U＋10n―→X＋9438Sr＋210n，则下列叙述正确的是()解析：依据质量数守恒和电荷数守恒计算出未知粒子的电荷数为54，质量数为140，所以未知粒子含有140个核子，其中子数为86，由于核能的释放，要出现质量亏损，而不是质量数变化．答案：A题型1质能方程的应用【例题】一个氢原子的质量为1.6736×10-27kg，一个锂原子的质量为11.6505×10-27kg，一个氦原子的质量为6.6467×10-27kg，一个锂核受到一个质子轰击变为2个α粒子：(1)写出核反应方程，并计算该反应释放的核能是多少；(2)1mg锂原子发生反应共释放多少核能？答案：见解析解析：(1)核反应方程为11H＋73Li―→242He，反应前一个氢原子和一个锂原子共有8个核外电子，反应后两个氦原子也是共有8个核外电子，因此只要将一个氢原子和一个锂原子的总质量减去两个氦原子的质量，得到的恰好是反应前后核的质量亏损，电子质量自然消掉．由质能方程ΔE＝Δmc2得释放核能ΔE＝2.763×10－12J；(2)1mg锂原子含锂原子个数为n＝10－611.6505×10－27，每个锂原子对应的释放能量是E0＝2.763×10－12J，所以共释放E＝nE0≈2.372×108J核能．1．2个质子和1个中子结合可以生成氦3，反应方程式为：211H＋10n―→32He，已知每个质子的质量为1.007277u，中子的质量为1.008665u，氦核子的质量为3.002315u，试求氦3的结合能．解：反应过程中的质量亏损Δm＝2mH＋mn－mα＝2×1.007277u＋1.008665u－3.002315u=0.020904u方法一：由爱因斯坦质能方程得，结合能为E＝Δmc2=0.020904×1.66×10－27×(3×108)2J≈3.1231×10－12J.方法二：由于1u相当于931MeV，则结合能为E=0.020904×931MeV＝19.4616MeV.题型2裂变中核能的计算【例题】铀核裂变的许多可能的核反应中的一个是：23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋310n(1)试计算一个铀235原子核裂变后释放的能量(23592U、14156Ba、9236Kr、10n的质量分别为235.0439u、140.9139u、91.8973u、1.0087u)(2)1kg铀235原子核发生上述裂变时能放出多少核能？它相当于燃烧多少煤释放的能量？(煤的热值为2.94×107J/kg)解析：(1)裂变反应的质量亏损为Δm＝(235.0439＋1.0087－140.9139－91.8973－3×1.0087)u＝0.2153u.一个铀235原子核发生裂变时释放的能量ΔE＝0.2153×931MeV＝200.4MeV(2)1kg铀235原子核含原子个数n＝1235.0439×1.66×10－27＝2.563×1024答案：见解析则1kg铀235原子核发生裂变释放的能量为ΔEN＝n·ΔE＝2.563×1024×200.4MeV＝5.136×1026MeV.设q为煤的热值，M为煤的质量，有ΔEN＝qM，所以代入数据可知煤质量为M＝ΔENq＝5.136×1026×106×1.6×10－192.94×107kg＝2800t.2．一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子．求：(1)写出核反应方程并算出一个铀核裂变时释放的核能(已知mU＝235.0439u，mXe＝138.91844u，mSr＝93.91557u，mn＝1.008665u)；(2)1kg铀完全裂变可释放出的能量，相当于多少燃烧值为2.93×107J/kg的煤完全燃烧时放出的热量？解：(1)核反应方程为23592U＋10n―→13954Xe＋9438Sr＋310n反应中的质量亏损为Δm＝(mU＋mn)－(mXe＋mSr＋3mn)＝(235.0439＋1.008665)u－(138.91844＋93.91557＋3×1.008665)u≈0.1926u.所以，一个铀核裂变释放的核能为ΔE＝0.1926×931MeV≈179MeV(2)1kg铀中含有的铀核数为n＝1000235N0＝1000235×6.02×1023≈2.562×10241kg铀完全裂变共释放的能量为E＝n·ΔE＝2.562×1024×179MeV≈4.59×1026MeV相当于燃烧煤的质量为m＝Eq＝4.59×1026×106×1.6×10－192.93×107kg≈2.51×106kg.