2024屆高考物理二輪專題復(fù)習(xí)與測試第一部分專題五熱學(xué)光學(xué)原子物理第15講原子結(jié)構(gòu)與原子核命題點四核能的計算

命題點四核能的計算1．應(yīng)用質(zhì)能方程解題的流程圖．eq\x(\a\al(書寫核反,應(yīng)方程))→eq\x(\a\al(計算質(zhì)量,虧損Δm))→eq\x(\a\al(利用ΔE＝Δmc2,計算釋放的核能))(1)根據(jù)ΔE＝Δmc2計算，計算時Δm的單位是“kg”，c的單位是“m/s”，ΔE的單位是“J”．(2)根據(jù)ΔE＝Δm×931.5MeV計算．因1原子質(zhì)量單位(u)相當于931.5MeV的能量，所以計算時Δm的單位是“u”，ΔE的單位是“MeV”．2．根據(jù)核子比結(jié)合能來計算核能：原子核的結(jié)合能＝核子的比結(jié)合能×核子數(shù)．3．核能釋放的兩種途徑的理解．(1)使較重的核分裂成中等大小的核．(2)較小的核結(jié)合成中等大小的核，核子的比結(jié)合能都會增加，都可以釋放能量．4．核電站與熱核反應(yīng)．(1)核電站反應(yīng)堆主要部件：部件名稱慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線防止放射性污染(2)核聚變．定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，這種核反應(yīng)叫作聚變．能量的變化：輕核聚變后，比結(jié)合能增加，反應(yīng)中會釋放能量．發(fā)生聚變的條件：要使原子核間的距離達到10～15m，核力才能大于電磁力．實現(xiàn)的方法有：把原子核加熱到很高的溫度。所以聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)。(多選)中國“嫦娥五號”在月球采集的約2公斤月壤中含有地球上鮮有的eq\o\al(3,2)He，eq\o\al(3,2)He是地球上很難得到的清潔、安全和高效的核聚變發(fā)電燃料，被科學(xué)家們稱為“完美能源”．有關(guān)eq\o\al(3,2)He聚變的核反應(yīng)方程如下：①eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋X＋3.3MeV，②eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋2Y＋12.86MeV；下列說法正確的是()A．X為中子，Y為質(zhì)子B.eq\o\al(3,2)He的比結(jié)合能比eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能大C．方程①中：質(zhì)量虧損約為5.9×10－31kgD．方程②中：核子平均釋放的能量約為2.14MeV解析：設(shè)X粒子質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)分別為m、n，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得2＋2＝3＋m，1＋1＝2＋n，解得m＝1，n＝0.由此可知X為中子，符號表示為eq\o\al(1,0)n.設(shè)Y粒子質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)分別為x、y，根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可得3＋3＝4＋2x，2＋2＝2＋2y，解得x＝1，y＝1.由此可知Y粒子為質(zhì)子，符號表示為eq\o\al(1,1)H，A項正確；由方程②可知，核反應(yīng)放出核能，生成物比反應(yīng)物更穩(wěn)定，比結(jié)合能也更大，即eq\o\al(4,2)He的比結(jié)合能比eq\o\al(3,2)He的比結(jié)合能大，B項錯誤；方程①釋放的核能為ΔE＝3.3MeV＝3.3×106×1.6×10－19J＝5.28×10－13J，根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可知，質(zhì)量虧損約為Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(5.28×10－13,（3×108）2)kg≈5.9×10－30kg，C項錯誤；方程②中，參與反應(yīng)的核子數(shù)為3＋3＝6，核子平均釋放的能量為E＝eq\f(12.86MeV,6)≈2.14MeV，D項正確．故選AD.答案：AD2020年11月27日00時41分，華龍一號全球首堆中核集團福清核電5號機組首次并網(wǎng)成功．如圖所示是原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)的關(guān)系圖，下列說法正確的是()A．核反應(yīng)中，質(zhì)量守恒B．華龍一號的原理是熱核反應(yīng)C．原子核比結(jié)合能越大，核子平均質(zhì)量越小，原子核越穩(wěn)定D．核裂變反應(yīng)過程中，反應(yīng)物的結(jié)合能之和大于生成物的結(jié)合能之和解析：核反應(yīng)中，質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，釋放核能時會產(chǎn)生質(zhì)量虧損，故A項錯誤；華龍一號的原理是核裂變，不是熱核反應(yīng)(核聚變)，故B項錯誤；原子核比結(jié)合能越大，核子平均質(zhì)量越小，原子核越穩(wěn)定，故C項正確；核裂變反應(yīng)過程中，釋放的核能等于生成物的結(jié)合能之和減反應(yīng)物的結(jié)合能之和，所以反應(yīng)物的結(jié)合能之和小于生成物的結(jié)合能之和，故D項錯誤．故選C.答案：C已知氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，則兩個氘核結(jié)合成一個氦核時()A．釋放出4.9MeV的能量B．釋放出6.0MeV的能量C．釋放出24.0MeV的能量D．吸收4.9MeV的能量解析：依據(jù)題意可寫出兩個氘核結(jié)合成一個氦核的核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He，因氘核的平均結(jié)合能為1.1MeV，氦核的平均結(jié)合能為7.1MeV，故結(jié)合前氘核的能量為E1＝2×1.1MeV，結(jié)合后氦核的能量E2＝4×7.1MeV，于是吸收的能量為ΔE＝2E1－E2＝－24.0MeV，式中負號表示釋放核能，故選C.答案：C1．中國物理學(xué)家錢三強與何澤慧等合作，在利用中子打擊鈾的實驗中，觀察到三分裂變和四分裂變現(xiàn)象，如圖，其中一種裂變反應(yīng)式是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n.用mU、mBa、mKr分別表示eq\o\al(235,92)U、eq\o\al(144,56)Ba、eq\o\al(89,36)Kr核的質(zhì)量，mn表示n粒子的質(zhì)量，c為真空中的光速，下列說法正確的是()A．鏈式反應(yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的體積無關(guān)B．裂變產(chǎn)物eq\o\al(144,56)Ba的比結(jié)合能大于eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能C．該核反應(yīng)過程中質(zhì)量有所增加D．該核反應(yīng)中放出的核能為(mU－mBa－mKr－3mn)c2解析：鏈式反應(yīng)能否發(fā)生跟鈾原料的臨界體積有關(guān)，故A項錯誤；裂變產(chǎn)物eq\o\al(144,56)Ba的比結(jié)合能大于eq\o\al(235,92)U的比結(jié)合能，從而產(chǎn)生質(zhì)量虧損，放出能量，故B項正確；該核反應(yīng)過程中質(zhì)量有虧損，故C項錯誤；該核反應(yīng)中放出的核能為(mU－mBa－mKr－2mn)c2，故D項錯誤.故選B.答案：B2．(多選)月球儲藏大量可控核聚變理想燃料氦3(eq\o\al(3,2)He)，2020年12月1日，我國“嫦娥五號探測器”成功著陸月面后開始“挖土”并成功帶回地面供科學(xué)研究．可控核聚變可以采用eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X或eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋Y.下列說法正確的是()A．X是中子B．Y是正電子C．核聚變過程發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能D.eq\o\al(3,2)He比eq\o\al(4,2)He的原子核更穩(wěn)定解析：根據(jù)核反應(yīng)方程中，質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，所以X是中子，故A項正確；根據(jù)核反應(yīng)方程中，質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,2)He→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，所以Y是質(zhì)子，故B項錯誤；核聚變過程發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能，故C項正確；原子核是否穩(wěn)定主要是比較比結(jié)合能的大小，根據(jù)比結(jié)合能隨質(zhì)量數(shù)的變化趨勢可知，eq\o\al(3,2)He比eq\o\al(4,2)He的原子核的比結(jié)合能小，所以eq\o\al(4,2)He比eq\o\al(3,2)He的原子核更穩(wěn)定，故D項錯誤．故選AC.答案：AC3．如圖所示，圖甲為原子核的比結(jié)合能與質(zhì)量數(shù)關(guān)系曲線，圖乙為原子核的平均核子質(zhì)量與原子序數(shù)的關(guān)系曲線，根據(jù)兩曲線，下列說法正確的是()A．根據(jù)圖甲可知，eq\o\al(3,2)He核的結(jié)合能約為7MeVB．根據(jù)圖甲可知，eq\o\al(235,92)U核的結(jié)合能比eq\o\al(89,36)Kr核的結(jié)合能更大C．根據(jù)圖乙可知，核D裂變成核E和F的過程中，比結(jié)合能減小D．根據(jù)圖乙可知，若A、B能結(jié)合成C，結(jié)合過程一定要吸收能量解析：題圖甲中eq\o\al(4,2)He核的比結(jié)合能約為7MeV，但圖中不能看出eq\o\al(3,2)He核的比結(jié)合能，不能計算eq\o\al(3,2)He核的結(jié)合能，故A項錯誤；分析題圖甲可知，eq\o\al(235,92)U核比eq\o\al(89,36)Kr核的比結(jié)