魯科版物理選修3-5新素養(yǎng)講義第4章核能本章優(yōu)化總結Word版含答案

本章優(yōu)化總結[學生用書P62]原子核變化的類型[學生用書P63]某種元素的原子核變成另一種元素的原子核的過程，有四種常見的類型，分別為衰變、人工轉(zhuǎn)變、重核裂變和輕核聚變．不同的核變化過程中都伴隨著核子(質(zhì)子、中子)數(shù)目的變化和能量變化．所有核反應的反應前后都遵守：質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒．1．衰變α衰變：eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heβ衰變：eq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)e＋β衰變：eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)eγ衰變：原子核處于較高能級，輻射光子后躍遷到低能級．2．人工轉(zhuǎn)變eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H(發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的方程)eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n(發(fā)現(xiàn)中子的方程)eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n(人工制造放射性同位素)3．重核的裂變：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n重核分裂為中等質(zhì)量的原子核，在一定條件下(超過臨界體積)，裂變反應會連續(xù)不斷地進行下去，這就是鏈式反應．4．輕核的聚變：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n(需要幾百萬攝氏度高溫，所以又叫熱核反應)．核反應有以下幾種情況：一是衰變，二是人工轉(zhuǎn)變，三是裂變，四是聚變．核反應可用方程來表示，叫核反應方程．完成下列核反應方程，并指明它屬于何種核反應；(1)eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋()屬__________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n，屬__________；(3)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋()，屬__________；(4)eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋()，屬________．[解析]根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判定：(1)中的未知核為eq\o\al(4,2)He，該反應屬衰變；(2)中的未知核為eq\o\al(4,2)He，該反應屬人工轉(zhuǎn)變；(3)中的未知核為eq\o\al(1,0)n，該反應屬于聚變；(4)中的未知核為10eq\o\al(1,0)n，該反應屬于裂變．[答案]見解析eq\a\vs4\al()衰變與其他核反應最主要的區(qū)別為前者自發(fā)進行，不需要其他粒子誘發(fā)，生成α、β或γ粒子；重核裂變和輕核聚變與其他人工轉(zhuǎn)變不同的是有巨大能量釋放，裂變最顯著的特征是重核分成中等質(zhì)量的核，聚變則為輕核結合成質(zhì)量較大的原子核．核能的計算[學生用書P63]eq\a\vs4\al(1.)根據(jù)質(zhì)量虧損計算，由愛因斯坦質(zhì)能方程，用核反應過程中的質(zhì)量虧損(Δm)與真空中光速(3×108m/s)平方的乘積，即ΔE＝Δmc2.①eq\a\vs4\al(2.)根據(jù)1原子質(zhì)量單位(1u)相當于931.56MeV的能量，用核反應過程中的質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.56MeV，即ΔE＝Δm×931.56MeV.②在利用以上兩式來計算核能時，應用過程應注意以下幾點：(1)式①中的Δm的單位為kg，ΔE的單位是J；式②中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV.(2)如果在核反應中無光子輻射，核反應中釋放的能量全部轉(zhuǎn)化為生成的新核和新粒子的動能，在這種情況下，可利用力學中的動量守恒和能量守恒來處理有關問題．(3)核反應中的質(zhì)量虧損并不是核子個數(shù)(即質(zhì)量數(shù))的虧損，核子個數(shù)是守恒的．所謂質(zhì)量虧損，也不是質(zhì)量的消失，只是在核反應過程中伴隨著能量的輻射所體現(xiàn)出的相應部分質(zhì)量的減少．eq\a\vs4\al(3.)利用平均結合能來計算核能原子核的結合能＝核子的平均結合能×核子數(shù)．核反應中反應前系統(tǒng)內(nèi)所有原子核的總結合能與反應后生成的所有新核的總結合能之差，就是該次核反應所釋放(或吸收)的核能．eq\a\vs4\al(4.)根據(jù)能量守恒和動量守恒來計算核能參與核反應的粒子所組成的系統(tǒng)，在核反應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到質(zhì)量虧損，或者核反應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，用動量守恒和能量守恒可以計算出核能的變化．eq\a\vs4\al(5.)應用阿伏伽德羅常數(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)生核反應所放出的總能量，應用阿伏伽德羅常數(shù)計算核能較為簡便．(1)根據(jù)物體的質(zhì)量m和摩爾質(zhì)量M，由n＝eq\f(m,M)求出物質(zhì)的量，并求出原子核的個數(shù)：N＝NAn＝NAeq\f(m,M).(2)由題設條件求出一個原子核與另一個原子核反應放出或吸收的能量E0(或直接從題目中找出E0)．(3)再根據(jù)E＝NE0求出總能量．氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應方程為：eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核的平均結合能分別為：EH＝1.112MeV，EHe＝7.075MeV，ELi＝5.603MeV，試求此核反應過程中釋放的核能．[思路點撥]此題可先計算7個核子被拆散時需吸收的能量，然后再計算7個核子聚成鋰核時釋放的能量．兩者的差值即核反應釋放的能量．[解析]eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He分解成核子需提供能量，核子結合成eq\o\al(7,3)Li時釋放能量，則此核反應過程中釋放的核能為兩者之差．eq\o\al(3,1)H和eq\o\al(4,2)He分解成7個核子所需的能量為：E1＝3×1.112MeV＋4×7.075MeV＝31.636MeV.7個核子結合成eq\o\al(7,3)Li，釋放的能量