Transcript [第二章]核能

核能
要点·疑点·考点
课 前 热 身
能力·思维·方法
延伸·拓展
要点·疑点·考点
一、核能
1.核力：为核子间作用力.其特点为短程强
引力，只在相邻的核子间发生作用，与核子的
电性无关.
2.核能：核子结合为原子核时释放的能量或
原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核
的结合能，亦称核能.获得核能的两个基本途
径是重核裂变和轻核聚变.
要点·疑点·考点
3.质量亏损：组成原子核的核子与原子核
的质量之差叫做质量亏损；需说明的是任何
一个原子核的质量总是小于组成它的所有核
子的质量和.
4.爱因斯坦质能方程：凡具有质量的物体
都具有能量，物体的质量和能量间的关系为：
E=mc2；若原子核质量亏损为△m，对应释放
的能量为△E=△mc2.
要点·疑点·考点
5.注意：①核反应过程中需遵循三个守恒定
律：电荷数守恒定律、质量数守恒定律和动量
守恒定律；②质量亏损，并不是质量损失也不
是质量消失了，因此不能说与质量守恒定律相
矛盾；③不能理解为质量转化为能量，质量和
能量分别是物质的属性之一，不能等同.
要点·疑点·考点
二、核反应
1.重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂
为几个中等质量的核的反应过程叫重核的裂
变.
2.链式反应：重核裂变时放出几个中子，
再引起其他重核裂变而使裂变反应不断进行
下去（原子弹原理）.为使裂变的链式反应容
易发生，最好利用铀235.
要点·疑点·考点
3.临界体积：能发生链式反应的最小体积.
4.反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防
护层.
5.轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的
核的反应过程，该过程能释放出更多的量.
6.热核反应：在极高温度下轻核产生的聚变
反应，为氢弹的工作原理.
课 前 热 身
1.关于核能，下列说法中正确的是（BD）
A.核子结合成原子核时，需吸收的能量
B.核子结合成原子核时，能放出的能量
C.不同的核子结合成原子核时，所需吸收的能
量相同
D.使一个氘核分解成一个中子和一个质子时，
吸收的能量是一个恒定值
课 前 热 身
2.质子的质量为mp，中子的质量为mn，它们结
合成质量为m的氘核，放出的能量应为(A)
A.（mp+mn-m）c2
B.(mp+mn)c2
C.mc2
D.(m-mp)c2
课 前 热 身
3.关于铀核裂变，下述说法正确的是（BC）
A.铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂
变成两块
B.铀核裂变时还能同时释放2到3个中子
C.为了使裂变的链式反应容易产生，最好是
用纯铀235
D.铀块的体积对产生链式反应无影响
课 前 热 身
4.下列核反应属于裂变反应的是(D)
4
U 234
Th

90
2 He
A.
238
92
B.
14
6
C 147 N  10e
C. 49 Be 24He126C  01n
D.
91
1
U  01n139
Ba

Kr

6
56
36
0n
235
92
能力·思维·方法
【例1】一个静止的铀238原子核放射出一个
速度为1.17×106m/s的粒子，求：（1）写
出核反应方程；（2）反冲核的速度是多大；
（3）在此衰变过程中，由粒子的动能变化
引起的质量亏损是多少.
能力·思维·方法
【解析】写核反应方程要注意质量数和电荷数守
恒、衰变时系统的动量守恒，同时，衰变过程当
然也是能量转化的过程，即由于质量亏损放出核
能，这些能量在一定条件下也可转化成其他形式
的能量.
238
234
4
（1） 92 U  90Th 2 He
.
能力·思维·方法
(2)核衰变的系统受的合外力为0，所以动
时守恒，即0=mv+MV；（m、M分别代表粒子
和新核的质量，v、V分别表示粒子和新核衰
变后的速度），则：V=-mv/M=-2×104m/s，
即新核的运动方向与α粒子的运动方向相反，
所以叫做反冲核.
能力·思维·方法
(3)衰变前，铀238的动能为0，衰变后系统的
总动能增大：
△E=1/2mv2+1/2MV2=1. 23×10-7J，这就
是由核衰变放出的能量转化而来的，相应的质
量亏损可由质能方程得：
△m=△E/c2=1.37×10-31kg.
能力·思维·方法
【解题回顾】在讨论核反应前后粒子速度
或动能时，注意利用动量原理，同时应注
意反应中是否有核能释放，以及核能是否
都以动能形式释放.
能力·思维·方法
【例2】太阳不断地向外，辐射能量.太阳内部
存在有大量氢，在超高温作用下氢原子被电离，
互相碰撞，能使4个氢核聚变为1个氦核，同时
释放出大量能量.已知质子质量mH=1.0078u，α
粒子的质量ma=4.0026u，电子质量me=0.00055u.
（1）写出该反应方程式；（2）核反应中释放
的能量为多少兆电子伏特？合多少焦耳？
能力·思维·方法
【解析】根据核反应方程时质量守恒和电荷
数守恒，可写出反应方程，由质能关系和质
量亏损可求出释放的能量.
（1） 41 H 2 He  21 e
2
4
0
.
(2)△m=4mH-mHe-2me=0.0275u
△E=△mc2=25.6MeV=4.1×10-12J.
延伸·拓展
【例3】云室处在磁感应强度为B的匀强磁场
中，一静止的质量为m1的原子核在云室中发
生一次衰变，粒子的质量为m2，电量为q，
其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，现测得
粒子运动的轨道半径R，试求在衰变过程中
的质量亏损，（涉及动量问题时，质量亏损
可近乎忽略）.
延伸·拓展
【解析】该衰变放出的粒子在匀强磁场中做匀
速圆周运动，其轨道半径R与运动速度v的关系，
可由洛伦兹力和牛顿定律推导Bqv=m2v2/R.动量
守恒定律是自然界中普遍规律，同样适用于微观
世界，由衰变过程动量守恒：0=m2v-(m1-m2)v′;
又衰变过程的能量来源于质量亏损，则有：
△m2c2=1/2(m1+m2)v′2+1/2m2v2联立解得：
q 2 B 2 R 2 (m12  m1m2  2m2 ) 2
m2 
2m2C 2 (m1  m2 ) 2
延伸·拓展
【例4】
生
139
56
235
92
U 受中子轰击时会发生裂变，产
Ba 和 3694 Kr，同时放出200兆电子伏特的
能量.现要建设发电能力是50万千瓦的核电
站，用铀235作为原子锅炉的燃料.假设核裂
变释放的能量全部被用来发电，那么一天需
要纯铀235的质量为多大？
延伸·拓展
【解析】铀235释放的能量等于一天发电的电能，
计算出50万千瓦的电站一天发出的电能，也是一
天所需的铀235释放的核能，进而求得铀235的质
量.
一天发出的电能为:
E=50×107×86400=4.32×1013J;
所需纯铀235的质量为m，有:
E=(m/235)×6.02×1023×200×106×1.6×10-19J；
可得:m=527g.