2013年鲁科物理选修3-5同步课件：第4章核能

本章优化总结章末综合检测本章优化总结专题归纳整合知识网络构建知识网络构建核能核能核能专题归纳整合核反应的类型1．衰变：原子核自发地放出某种粒子．如：(1)23892U→23490Th＋42He(α衰变)(2)21084Po→21085At＋0－1e(β衰变)(3)3015P→3014Si＋01e(放射性同位素)2．人工核反应(人工转变)如：(1)147N＋42He→178O＋11H(2)2311Na＋42He→2612Mg＋11H(3)3014Si＋11H→3015P＋10n3．裂变(1)裂变：重核在一定条件下可以分裂为中等质量的原子核．如：23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n(2)链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去．(3)链式反应条件：铀块体积大于临界体积．4．聚变(1)定义：两个轻核结合为质量较大的核如：31H＋21H→42He＋10n(2)条件：几百万度超高温核反应有以下几种情况：一是衰变，二是人工转变，三是裂变，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；例1(1)23892U→23490Th＋()属______；(2)94Be＋()→126C＋10n，属______；(3)21H＋31H→42He＋()，属______；(4)23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋()，属______．【精讲精析】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．【答案】见精讲精析【规律总结】衰变与其他核反应最主要的区别为前者自发进行，不需要其他粒子诱发，生成α、β或γ粒子；重核裂变和轻核聚变与其他人工转变不同的是有巨大能量释放，裂变最显著的特征是重核分成中等质量的核，聚变则为轻核结合成质量较大的原子核．1．根据质能方程计算，步骤如下(1)根据核反应方程，计算核反应前和核反应后的质量亏损Δm.(2)根据爱因斯坦质能方程E＝mc2或ΔE＝Δmc2计算核能．(3)计算过程中Δm的单位是千克，ΔE的单位是焦耳．核能的计算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931.56MeV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931.56MeV，即ΔE＝Δm×931.56MeV.上式中，Δm单位是u，ΔE的单位是MeV.3．利用平均结合能来计算核能原子核的结合能＝核子的平均结合能×核子数．核反应中反应前系统内所有原子核的总结合能与反应后生成的所有新核的总结合能之差，就是该次核反应所释放(或吸收)的核能．4．根据能量守恒和动量守恒来计算核能参与核反应的粒子所组成的系统，在核反应过程中的动量和能量是守恒的，因此，在题给条件中没有涉及到质量亏损，或者核反应所释放的核能全部转化为生成的新粒子的动能而无光子辐射的情况下，用动量守恒和能量守恒可以计算出核能的变化．5．应用阿伏伽德罗常数计算核能若要计算具有宏观质量的物质中所有原子核都发生核反应所放出的总能量，应用阿伏伽德罗常数计算核能较为简便．(1)根据物体的质量m和摩尔质量M由n＝mM求出物质的量，并求出原子核的个数：N＝NAn＝NAmM.(2)由题设条件求出一个原子核与另一个原子核反应放出或吸收的能量E0(或直接从题目中找出E0)．(3)再根据E＝NE0求出总能量．已知氘核的平均结合能为1.1MeV，氦核的平均结合能为7.1MeV，则两个氘核结合成一个氦核时要()A．释放出4.9MeV的能量B．释放出6.0MeV的能量C．释放出24.0MeV的能量D．吸收4.9MeV的能量例2【精讲精析】两个质子两个中子结合成氦核要放出4×7.1MeV＝28.4MeV能量，两个质子两个中子结合成两个氘核要放出4×1.1MeV＝4.4MeV能量，两个氘核结合成氦核放出的能量为28.4MeV－4.4MeV＝24.0MeV.【答案】C例3两个氘核以相等动能Ek＝0.5MeV相向运动并发生正碰，产生一个中子和一个氦核，已知氘核质量mD＝2.0136u，氦核质量mHe＝3.0150u，中子质量mn＝1.0087u，阿伏伽德罗常数NA＝6.0×1023个/mol.(1)写出核反应方程；(2)计算释放多少核能；(3)求中子和氦核的动能分别为多少；(4)若共有1kg的氘完全反应，求放出的总能量．【精讲精析】(1)核反应方程为21H＋21H―→32He＋10n(2)质量亏损Δm＝2mD－mHe－mn＝(2×2.0136－3.0150－1.0087)u＝0.0035u释放的能量ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.56MeV≈3.26MeV.(3)因碰撞过程中动量守恒，反应前总动量为零，反应后总动量也为零，则中子与氦核动量大小相等，方向相反，由Ek＝p22m知，EknEkHe＝mHemn＝31，又Ekn＋EkHe＝ΔE＋2Ek解得Ekn＝3.195MeV，EkHe＝1.065MeV.(4)1kg的氘含有的原子数N＝mMNA＝10002×6.0×1023个＝3×1026个发生核反应的次数为N2，故放出的总能量E＝N2ΔE＝3×10262×3.26×106×1.6×10－19J＝7.8×1013J.【答案】(1)见精讲精析(2)3.26MeV(3)3.195MeV1.065MeV(4)7.8×1013J