新課改高中物理選修三同步專題講義：09 C人工核反 提升版（學(xué)生版）

人工核反一、人工核反1．核反應(yīng)⑴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)。⑵重要的人工核反應(yīng)第一次實現(xiàn)原子核的人工轉(zhuǎn)變：（發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)）第一次人工制造放射性同位素：發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)：2．核裂變與核聚變⑴重核的裂變①重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為裂變。②鈾核的裂變：（是氪）③在一定條件下，由重核裂變產(chǎn)生的中子，再引起新的裂變，就能使核裂變反應(yīng)不斷地進(jìn)行下去。這種由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫做核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。裂變物質(zhì)的體積是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)能否進(jìn)行的重要因素。只有當(dāng)體積足夠大時，裂變產(chǎn)生的中子才有足夠的概率打中新原子核，使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)進(jìn)行下去。通常把裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫做它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫做臨界質(zhì)量。⑵核聚變①兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫做核聚變。②典型的聚變反應(yīng)：③要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近這種程度，必須克服巨大的庫侖斥力。有一種辦法是把它們加熱到很高的溫度。當(dāng)物質(zhì)的溫度達(dá)到幾百萬開爾文時，劇烈的熱運(yùn)動使得一部分原子核具有足夠的動能，可以克服庫侖斥力，碰撞時十分接近，發(fā)生聚變。因此，聚變又叫熱核反應(yīng)。④聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn)。第一，輕核聚變產(chǎn)能效率高；第二，地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富；第三，輕核聚變更為安全清潔。典例精講【例2.1】（安仁縣校級模擬）2017年2月25日消息，內(nèi)陸核電站的選址基本確定，“十三五”期間有望開工建設(shè)。目前商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)中的核能發(fā)電廠都是利用核裂變反應(yīng)而發(fā)電。下列核反應(yīng)方程式中，表示重核裂變過程的是（）A．238#/DEL/#92#/DEL/#U→234#/DEL/#B．238#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#n→C．27#/DEL/#13#/DEL/#Al+4#/DEL/#2D．2#/DEL/#1#/DEL/#H+3#/DEL/#【例2.2】（欽州期末）“人造太陽”實驗中的可控?zé)岷朔磻?yīng)的聚變方程是12H+13H→24He+01n，反應(yīng)原料氘（A．該核反應(yīng)方程為36Li+01n→24B．核反應(yīng)生成物中的α粒子具有很強(qiáng)的電離本領(lǐng)，但穿透能力較弱 C．在中子轟擊鋰核（36Li）的核反應(yīng)生成物中有α粒子，故該核反應(yīng)屬于α衰變D．核聚變的條件是要達(dá)到高溫高壓的熱核反應(yīng)狀態(tài)，故核聚變過程不能釋放出核能【例2.3】（紅塔區(qū)校級月考）參考以下幾個示意圖，關(guān)于這些實驗或現(xiàn)象，下列說法不正確的是（）A．核反應(yīng)堆中控制棒插入，則多吸收中子讓反應(yīng)減弱 B．放射線在磁場中偏轉(zhuǎn)，沒有偏轉(zhuǎn)的為γ射線，電離能力最強(qiáng) C．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)屬于重核的裂變 D．④圖中，原子核D和E聚變成原子核F要放出能量【例2.4】（浙江期末）如圖為普通使用的“慢中子”核反應(yīng)堆的示意圖，鈾棒是核燃料，一種典型的鈾核裂變方程92235U+01n→56144Ba+16A．鋇核的比結(jié)合能比鈾核的大 B．若碰撞前中子的動能為E，經(jīng)過一次彈性碰撞中子動能變成19E0C．鎘棒插入深一些可增大鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度 D．水泥防護(hù)層可用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的射線隨堂練習(xí)一．選擇題（共3小題）1．（翠屏區(qū)校級期末）對核反應(yīng)的下列說法正確的是（）A．核反應(yīng)方程14#/DEL/#7#/DEL/#N+4#/DEL/#2#/DEL/#He→B．發(fā)生核反應(yīng)2#/DEL/#1#/DEL/#H+3#/DEL/#1C．核反應(yīng)235#/DEL/#92#/DEL/#U+1#/DEL/#0#/DEL/#n→D．發(fā)生β衰變實質(zhì)是質(zhì)子向中子轉(zhuǎn)變2．（定州市期末）為了解決人類能源之需，實現(xiàn)用核能代替煤、石油等不可再生能源，很多國家都在研制全超導(dǎo)核聚變“人造太陽”，它是從海水中提取原料，在上億度的高溫下發(fā)生的可控核聚變反應(yīng)，科學(xué)家依據(jù)的核反應(yīng)方程是（）A．92238B．90234C．12D．923．（西安二模）盧瑟福通過實驗首次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變，其核反應(yīng)方程為：24He+714N→8A．通過該實驗發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子 B．實驗中是α粒子轟擊氮核的 C．原子核在人工轉(zhuǎn)變的過程中，電荷數(shù)一定守恒 D．原子核的人工轉(zhuǎn)變是指物質(zhì)自發(fā)地放出射線的現(xiàn)象二．多選題（共4小題）4．（凱里市校級期末）下列說法正確的是（）A．核反應(yīng)方程612C→712N+?10e屬于β衰變；核反應(yīng)方程92238U→90234B．核反應(yīng)方程13H+12H→24C．核反應(yīng)方程92238U+01n→54140Xe+D．核反應(yīng)前后核子數(shù)相等，所以生成物的質(zhì)量等于反應(yīng)物的質(zhì)量之和； E．光電效應(yīng)實驗中，光電子的最大初動能與入射光的頻率無關(guān)，與入射光的強(qiáng)度有關(guān)5．（宿遷期末）下列說法正確的有（）A．圖1可以看出隨著溫度的升高黑體輻射的強(qiáng)度的極大值向波長較長的方向移動 B．圖2電子的干涉圖象說明物質(zhì)波是一種概率波 C．圖3鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的示意圖，鈾塊的體積足夠大反應(yīng)才能一代一代繼續(xù)下去 D．圖4核電反應(yīng)堆示意圖，控制棒插入深一些，讓它吸多中子，反應(yīng)速率會慢一些6．（南崗區(qū)校級期末）下列的若干敘述中，正確的是（）A．一個中子和質(zhì)子發(fā)生核反應(yīng)，生成一個氘核，該反應(yīng)放出的能量為Q，則比結(jié)合能為Q B．一塊純凈的放射性元素的礦石，經(jīng)過一個半衰期以后，它的總質(zhì)量僅剩下一半 C．對于同種金屬產(chǎn)生光電效應(yīng)時，逸出光電子的最大初動能Ek與照射光的頻率成線性關(guān)系 D．氫原子的核外電子，在由離核較遠(yuǎn)的軌道自發(fā)躍遷到離核較近的軌道的過程中，放出光子，電子動能增加，原子的電勢能減小 E．由不同元素對α粒子散射的實驗數(shù)據(jù)可以確定各種元素原子核的電荷量Q和估算原子核的半徑大小7．（煙臺校級月考）霧霾現(xiàn)象的危害正侵害著我們的健康和生活，使人們都意識到了治理霧霾的重要性，這也是在兩會上的一個熱點(diǎn)議題．而核能基本無二氧化碳排放，環(huán)保、高效，是優(yōu)勢較大的新能源．關(guān)于核電站以下說法正確的是（）A．現(xiàn)已建成的核電站發(fā)電的能量來自于重核裂變放出的能量 B．要使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生，裂變物質(zhì)的體積應(yīng)大于它的臨界體積 C．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中，重核裂變時放出的可以使裂變不斷進(jìn)行下去的粒子是電子 D．反應(yīng)后的核廢料需要進(jìn)一步處理 E．原子核發(fā)生衰變時要遵守電荷守恒和質(zhì)量守恒的規(guī)律三．計算題（共2小題）8．（沙坡頭區(qū)校級月考）靜止在勻強(qiáng)磁場中的一個510B核俘獲了一個速度為v＝7.3×104m/s的中子而發(fā)生核反應(yīng)，生成α粒子與一個新核．測得α粒子的速度為2×104（1）寫出核反應(yīng)方程．（2）新核的速度．（3）求α粒子與新核軌道半徑之比．（4）求α粒子與新核旋轉(zhuǎn)周期之比．9．（三亞校級模擬）已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，氦核的質(zhì)量為3.0150u．（1）寫出兩個氘核聚變成氦核的核反應(yīng)方程；（2）計算上述核反應(yīng)中釋放的核能；（3）若兩氘核以相等的動能E做對心碰撞即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能（設(shè)為△Ε）全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，中子的質(zhì)量設(shè)為m．求：反應(yīng)中生成的氦核和中子的動能各是多少？（用本小題中的物理符號表示結(jié)果）四．解答題（共3小題）10．（和平區(qū)校級期末）一個靜止的氮核（714N）俘獲一個中子生成復(fù)核A，中子的入射速度為2.3×107m/s，此后A又衰變成兩個新核C、B，設(shè)B、C的速度方向與中子的速度方向相同，B的質(zhì)量數(shù)為11，速度為1.0×106m/s，B、C在同一勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的半徑比為rB：r（1）C核的速度大?。?）寫出核反應(yīng)方程式．11．（鞍山期末）太陽向空間輻射太陽能的功率大約為3.8×1026W，太陽的質(zhì)量為2.0×1030Kg．太陽內(nèi)部不斷發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核的反應(yīng)，這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽能源，試求：（mp＝1.0073u，mHe＝4.0015u，me＝0.00055u，1u的質(zhì)