高中物理电磁感应选修3-5第2章第3讲核反应 核能

第3讲核反应核能本节目录基础再现对点自测知能演练轻巧夺冠考点探究讲练互动技法提炼思维升华要点透析直击高考一、原子核的组成1．原子核由_______和_______组成，两者统称为______．2．原子核常用AZX表示，X为元素符号，上角标A表示核的质量数，下角标Z表示核的_________(原子序数)．3．同位素是具有相同的_________而_________不同的原子核，在元素周期表中处于同一位置．基础再现对点自测知识清单质子中子核子电荷数质子数中子数二、天然放射现象1．天然放射现象：某些元素自发放射某些射线的现象称为天然放射现象，这些元素称为放射性元素．2．三种射线的本质：α射线是______，β射线是_____，γ射线是______.三、原子核的衰变1．衰变：原子核自发地放出某种粒子而转变成新核的变化．可分为_______、_______，并伴随着γ射线放出．2．半衰期：放射性元素的原子核有_____发生衰变所需要的时间．氦核电子光子α衰变β衰变半数四、放射性同位素的应用1.利用射线:放射性同位素放出的射线应用于工业、探伤、农业、医疗等．2．作示踪原子．五、核反应、核力与核能1．核反应规律：在核反应中,_______守恒，_______守恒.2．核力(1)概念：组成原子核的______之间存在的作用力．(2)核力特点①核力是_____________(强力)的一种表现，在它的作用范围内，核力比库仑力大得多．②核力是______力，作用范围在1.5×10－15m之内．质量数电荷数核子强相互作用短程③每个核子只跟_______的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性．3．质量亏损(1)爱因斯坦质能方程：_________.(2)质量亏损：原子核的质量______组成它的核子的质量之和的现象．4．结合能：克服核力束缚，使原子核分解为单个______时需要的能量，或若干个核子在核力作用下结合成_________时需要的能量．六、核裂变和核聚变1．重核裂变(1)定义：使重核分裂成几个_________的原子核的核反应.相邻E＝mc2小于核子原子核质量较小(2)铀核裂变：用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，一种典型的反应是生成钡和氪，同时放出三个中子，核反应方程为23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.(3)链式反应：由重核裂变产生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)链式反应的条件：①要有足够浓度的235U；②铀块体积需_____临界体积，或铀块质量______临界质量．2．轻核聚变(1)定义：两个轻核结合成_____的核，这样的核反应叫聚变．(2)聚变发生的条件：使物体达到几百万度的高温．大于大于较重热身体验1.原子核AZX与氘核21H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知()A．A＝2，Z＝1B．A＝2，Z＝2C．A＝3，Z＝3D．A＝3，Z＝22．(2011·高考浙江卷)关于天然放射现象，下列说法正确的是()A．α射线是由氦原子核衰变产生B．β射线是由原子核外电子电离产生C．γ射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D．通过化学反应不能改变物质的放射性3．关于放射性元素的半衰期,下列说法正确的有()A．是原子核质量减少一半所需的时间B．是原子核有半数发生衰变所需的时间C．把放射性元素放在密封的容器中，可以减慢放射性元素的半衰期D．可以用来测定地质年代、生物年代等4．(2013·嘉兴模拟)如图(a)是α、β、γ三种射线穿透能力的示意图,图(b)是工业上利用射线的穿透性来检查金属内部的伤痕的示意图,请问图(b)中的检查是利用了哪种射线()A．α射线B．β射线C．γ射线D．三种射线都可以5．氦原子核由两个质子与两个中子组成，这两个质子之间存在着万有引力、库仑力和核力，则3种力从大到小的排列顺序是()A．核力、万有引力、库仑力B．万有引力、库仑力、核力C．库仑力、核力、万有引力D．核力、库仑力、万有引力6．(2013·泉州模拟)根据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界上第一套全超导核聚变实验装置，又称“人造太阳”，已完成了首次工程调试，下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→42He＋10nB．“人造太阳”的核反应方程是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310nC．“人造太阳”释放的能量大小计算公式是E＝hνD．“人造太阳”核能大小计算公式是E＝12Δmc2热身体验答案与解析1．解析：选D.该核反应的方程式为：AZX＋21H→42He＋11H，由质量数和电荷数守恒得：A＝4＋1－2＝3.Z＝2＋1－1＝2，故正确答案为D.2．解析：选D.α射线是原子核同时放出两个质子和两个中子产生的，A错误；β射线是原子核内中子转化为质子和电子而放出的，B错误；γ射线是衰变后的原子核从高能级向低能级跃迁产生的，C错误；放射性是原子核的固有属性，D正确．3．解析：选D.原子核衰变成新核，新核与未衰变的核在一起,故半衰期并不是原子核的数量、质量减少一半，A错；两个半衰期会有四分之三的原子核发生衰变,B错；衰变快慢由原子核内部因素决定,与原子所处的物理状态或化学状态无关,常用其测定地质年代、生物年代等，故C错D对．4．解析：选C.α射线电离能力最强，穿透能力最弱，γ射线与其相反,电离作用最弱,穿透能力最强,要想穿透钢板,只能利用γ射线，本题答案为C.5．解析：选D.核力是核子之间的一种强相互作用，其相互作用力巨大，两核子之间的万有引力极其微小，所以我们在平时的计算时不考虑．6．解析：选A.“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变，而不是重核裂变，故A项对，B项错；“人造太阳”是利用海水中的H和H轻核聚变而产生大量的能量，放出的能量是用质量亏损计算的，释放核能大小的计算依据是爱因斯坦质能方程，C、D项错．一、三种射线的比较要点透析直击高考α射线β射线γ射线组成高速氦核流高速电子流高频电磁波带电荷量2e－e0质量4mp(mp＝1.67×10－27kg)mp1836静止质量为零速度0.1c0.99cc(光速)在电磁场中偏转偏转不偏转贯穿本领最弱，用纸能挡住较强，穿透几毫米的铝板最强，穿透几厘米的铅板对空气的电离作用很强较弱很弱在空气中的径迹粗、短、直细、较长、曲折最长即时应用1天然放射性元素放出的三种射线的穿透能力实验结果如图所示，由此可推知()A．②来自于原子核外的电子B．①的电离作用最强，是一种电磁波C．③的电离作用较强，是一种电磁波D．③的电离作用最弱，属于原子核内释放的光子解析：选D.由题图可知，①是α射线，②是β射线，③是γ射线，故D正确．二、原子核的衰变1．原子核衰变规律衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0－1e衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体射出211H＋210n→42He中子转化为质子和电子10n→11H＋0－1e衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒特别提醒：半衰期是大量原子核衰变时的统计规律，对个别或少数原子核，无半衰期可言.2．对半衰期的理解(1)根据半衰期的概念，可总结出公式N余＝N原12t/τ，m余＝m原12t/τ式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子数和质量，t表示衰变时间，τ表示半衰期．(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．即时应用2(2011·高考重庆卷)核电站泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是()A．碘131释放的β射线由氦核组成B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量小于可见光光子能量C．与铯137相比，碘131衰变更慢D．铯133和铯137含有相同的质子数解析：选D.β射线是高速运动的电子流，不是氦原子核，A错误；γ射线的频率大于可见光的频率，根据E＝hν可知，γ射线光子能量大于可见光光子能量，B错误；半衰期越短，衰变越快，C错误；铯133和铯137都是铯元素，是质子数相同而中子数不同的同位素，所以D正确．三、核反应的四种类型类型可控性核反应方程典例衰变α衰变自发23892U→23490Th＋42Heβ衰变自发23490Th→23491Pa＋0－1e人工转变人工控制147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n(约里奥－居里夫妇发现放射性同位素)3015P→3014Si＋0＋1e重核裂变比较容易进行人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变除氢弹外无法控制21H＋31H→42He＋10n即时应用3(2012·高考广东卷)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一．下列释放核能的反应方程，表述正确的有()A.31H＋21H→42He＋10n是核聚变反应B.31H＋21H→42He＋10n是β衰变C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂变反应D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰变解析：选C.21H＋31H→42He＋10n是核聚变反应，而不是β衰变，A、B错误；C、D选项中都是核裂变反应，C正确，D错误．四、核能的产生和计算1．获得核能的途径(1)重核裂变：某些重核分裂成中等质量的核的反应过程，同时释放大量的核能．要使铀235发生链式反应以持续地输出能量，铀块的体积应大于它的临界体积．重核的裂变：如23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋1010n应用：原子弹、核反应堆．(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．核能的计算方法(1)根据爱因斯坦质能方程列式计算：即ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)．(2)根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则ΔE＝Δm×931.5MeV(Δm的单位：u,1u＝1.6606×10－27kg)．(3)核反应遵守动量守恒定律和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒定律和能量守恒定律来计算核能．特别提醒：(1)质量数与质量是两个不同的概念.核反应中质量数、电荷数都守恒，但核反应中依然有质量亏损.(2)核反应中的质量亏损，并不是这部分质量消失或质量转化为能量；质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子的个数是不变的.即时应用4太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少.太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟减少的质量最接近()A．1036kgB．1018kgC．1013kgD．109kg解析：选D.本题考查了爱因斯坦质能方程，解答本题要熟记公式ΔE＝Δmc2.由公式可得：Δm＝ΔEc2＝4×1026(3×108)2kg≈4×109kg，所以D选项正确．考点探究讲练互动例1考点1衰变次数的计算23290Th(钍)经过一系列α衰变和β衰变，变成20882Pb(铅)．以下说法不．正确的是()A．铅核比钍核少8个质子B．铅核比钍核少16个中子C．共经过4次α衰变和6次β衰变D．共经过6次α衰变和4次β衰变【解析】设α衰变次数为x，β衰变次数为y，由质量数守恒和电荷数守恒得232＝208＋4x90＝82＋2x－y解得x＝6，y＝4，C错D对．铅核、钍核的质子数分别为82、90，故A对．铅核、钍核的中子数分别为126、142，故B对．【答案】C【总结提升】确定衰变次数的方法(1)设放射性元素AZ