高中物理 第5章　核能與社會(huì)章末總結(jié)課件 滬科版選修34

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1、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建區(qū)核核能能與與社社會(huì)會(huì)核力與結(jié)合能核力與結(jié)合能核力：核子間的強(qiáng)相互作用力核力：核子間的強(qiáng)相互作用力結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核結(jié)合能：核子結(jié)合成原子核時(shí)時(shí) 的的能量或原子核分能量或原子核分解成核解成核子時(shí)子時(shí) 的的能量能量質(zhì)能方程：質(zhì)能方程：Emc2或或E 放出放出吸收吸收mc2核核能能與與社社會(huì)會(huì)核能的利用核能的利用裂變裂變定義定義鏈?zhǔn)椒磻?yīng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)定義定義條件條件裂變反應(yīng)堆裂變反應(yīng)堆聚變聚變定義定義聚變的條件聚變的條件受控?zé)岷朔磻?yīng)受控?zé)岷朔磻?yīng)核電站的工作模式核電站的工作模式核能的優(yōu)勢(shì)與危害核能的優(yōu)勢(shì)與危害專題整合區(qū)一、對(duì)核反應(yīng)方程及類型的理解一、對(duì)核反應(yīng)方程及類型的理解二、核能的計(jì)算方法

2、二、核能的計(jì)算方法三、核反應(yīng)與能量的綜合三、核反應(yīng)與能量的綜合一、對(duì)核反應(yīng)方程及類型的理解1四類核反應(yīng)方程的比較四類核反應(yīng)方程的比較名稱名稱核反應(yīng)方程式核反應(yīng)方程式時(shí)間時(shí)間其它其它衰變衰變衰變衰變1896年年貝可勒貝可勒爾爾發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)衰變衰變裂變裂變1938年年原子彈原理原子彈原理聚變聚變氫彈原理氫彈原理238922349023490234910-123592人工人工轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變正電子正電子1934年年 約里奧約里奧居里夫人居里夫人發(fā)現(xiàn)質(zhì)子發(fā)現(xiàn)質(zhì)子1919年年盧瑟福盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子發(fā)現(xiàn)中子1932年年查德威克查德威克1471781262.解題注意解題注意(1)熟記一些粒子的符號(hào)熟記一些粒子的符號(hào)(2)

3、注意在核反應(yīng)方程式中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有注意在核反應(yīng)方程式中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有關(guān)力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí)，還有動(dòng)量守恒和能量守恒關(guān)力學(xué)綜合問(wèn)題時(shí)，還有動(dòng)量守恒和能量守恒0-1例例1現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)：現(xiàn)有三個(gè)核反應(yīng)：下列說(shuō)法正確的是下列說(shuō)法正確的是()A是裂變，是裂變，是是衰變，衰變，是聚變是聚變B是聚變，是聚變，是裂變，是裂變，是是衰變衰變C是是衰變，衰變，是裂變，是裂變，是聚變是聚變D是是衰變，衰變，是聚變，是聚變，是裂變是裂變解析解析原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變衰變是指原子核放出變衰變是指原子核放出粒子和粒子和粒子

4、后，變成新的原子核的粒子后，變成新的原子核的變化，像本題中的核反應(yīng)變化，像本題中的核反應(yīng)；原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其它粒子的轟擊下變成新的原子核的原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其它粒子的轟擊下變成新的原子核的變化；裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，像核反應(yīng)變化；裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，像核反應(yīng)；聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，像核反應(yīng)聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，像核反應(yīng).綜上所述，綜上所述，C項(xiàng)項(xiàng)正確正確答案答案C針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練1在下列四個(gè)核反應(yīng)中，在下列四個(gè)核反應(yīng)中，X表示中子的是哪些？在表示中子的是哪些？在以下核反應(yīng)中哪些屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變？以下核反應(yīng)中哪些屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變？解析解析在核反

5、應(yīng)中，不管是什么類型的核反應(yīng)，都遵守電荷數(shù)在核反應(yīng)中，不管是什么類型的核反應(yīng)，都遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，據(jù)此，可以判斷未知粒子屬于什么粒守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，據(jù)此，可以判斷未知粒子屬于什么粒子在子在A中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：14417x，x1，其電荷數(shù)為：其電荷數(shù)為：728y，y1，即未知粒子是質(zhì)子，即未知粒子是質(zhì)子( H)；對(duì)對(duì)B，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：27430 x，x1，其電荷，其電荷數(shù)為：數(shù)為：13215y，y0，所以是中子，所以是中子( n)；對(duì)對(duì)C，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：234x，x1，電荷數(shù)為：，電荷數(shù)為：112y，

6、y0，也是中子，也是中子( n)；對(duì)對(duì)D，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：235x9013610 x，x1，電荷數(shù)為：電荷數(shù)為：92y385410y，y0，也是中子，也是中子( n)，故，故方程中方程中X為中子的核反應(yīng)為為中子的核反應(yīng)為B、C、D.A、B為原子核的人工轉(zhuǎn)為原子核的人工轉(zhuǎn)變變11101010答案答案BCDAB返回返回1根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能(1)用用Emc2計(jì)算核能計(jì)算核能公式中的各物理量必須用國(guó)際單位制中的單位來(lái)表示，所以，公式中的各物理量必須用國(guó)際單位制中的單位來(lái)表示，所以，當(dāng)原子核及核子的質(zhì)量用當(dāng)原子核及核子的質(zhì)量用“kg”作單位時(shí)，用該式計(jì)算核

7、能較為作單位時(shí)，用該式計(jì)算核能較為方便方便(2)用用1 u的質(zhì)量相當(dāng)于的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量來(lái)計(jì)算核能的能量來(lái)計(jì)算核能2根據(jù)結(jié)合能計(jì)算核能根據(jù)結(jié)合能計(jì)算核能利用結(jié)合能計(jì)算核能時(shí)要采用利用結(jié)合能計(jì)算核能時(shí)要采用“先拆散，再結(jié)合先拆散，再結(jié)合”的方法的方法二、核能的計(jì)算方法例例2假設(shè)兩個(gè)氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦核假設(shè)兩個(gè)氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦核的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.013 6 u，中子的質(zhì)量，中子的質(zhì)量是是1.008 7 u，氦核同位素的質(zhì)量是，氦核同位素的質(zhì)量是3.015 0 u，則聚變的核反，則聚變的核反應(yīng)方

8、程是應(yīng)方程是_，在聚變反應(yīng)中釋放出的能量為，在聚變反應(yīng)中釋放出的能量為_MeV(保留兩位有效數(shù)字保留兩位有效數(shù)字)解析解析根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損m2mH(mHemn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u3.5103u由于由于1 u的質(zhì)量與的質(zhì)量與931.5 MeV的能量相對(duì)應(yīng)，所以氘核聚變反的能量相對(duì)應(yīng)，所以氘核聚變反應(yīng)時(shí)放出的能量為應(yīng)時(shí)放出的能量為E3.5103931.5 MeV3.3 MeV.答案答案針對(duì)訓(xùn)練針對(duì)訓(xùn)練2為驗(yàn)證愛因斯坦質(zhì)能方程為驗(yàn)證愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2的正確性，的正確性，設(shè)

9、計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動(dòng)能為設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動(dòng)能為E10.6 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的的質(zhì)子轟擊靜止的鋰鋰核核 Li，生成兩個(gè)，生成兩個(gè)粒子，測(cè)得兩個(gè)粒子，測(cè)得兩個(gè)粒子的動(dòng)能之和為粒子的動(dòng)能之和為E218.1 MeV.(1)寫出該核反應(yīng)方程；寫出該核反應(yīng)方程；解析解析核反應(yīng)方程為：核反應(yīng)方程為：73(2)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明通過(guò)計(jì)算說(shuō)明Emc2正確正確(已知質(zhì)子、已知質(zhì)子、粒子、鋰核粒子、鋰核的質(zhì)量分別為的質(zhì)量分別為mp1.007 8 u，m4.002 6 u，mLi7.016 0 u)解析解析核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損：核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損：mmLimp2m7.016 0 u1.007 8 u24.002

10、6 u0.018 6 u由質(zhì)能方程可得質(zhì)由質(zhì)能方程可得質(zhì)量虧損釋放的能量：量虧損釋放的能量：Emc20.018 6931.5 MeV17.3 MeV.而系統(tǒng)增加的動(dòng)能：而系統(tǒng)增加的動(dòng)能：EE2E1(18.10.6) MeV17.5 MeV.這些能量正是來(lái)自核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，在誤差允這些能量正是來(lái)自核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，在誤差允許范圍內(nèi)可視為相等，所以許范圍內(nèi)可視為相等，所以Emc2正確正確返回返回三、核反應(yīng)與能量的綜合例例3用中子轟擊鋰核用中子轟擊鋰核( Li)發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核( H)和和粒子，粒子，并放出并放出4.8 MeV的能量的能量(1)寫出核反應(yīng)方程寫出核反應(yīng)方

11、程6331解析解析核反應(yīng)方程為：核反應(yīng)方程為：答案答案三、核反應(yīng)與能量的綜合(2)求出質(zhì)量虧損求出質(zhì)量虧損解析解析依據(jù)依據(jù)Emc2得得答案答案三、核反應(yīng)與能量的綜合(3)若中子和鋰核是以等值反向的動(dòng)量相碰，則氚核和若中子和鋰核是以等值反向的動(dòng)量相碰，則氚核和粒子的粒子的動(dòng)能比是多少？動(dòng)能比是多少？解析解析根據(jù)題意有根據(jù)題意有0m1v1m2v2式中式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和分別為氚核和粒子的質(zhì)量和速度，由上粒子的質(zhì)量和速度，由上式及動(dòng)能式及動(dòng)能Ek ，可得它們的動(dòng)能之比為，可得它們的動(dòng)能之比為答案答案三、核反應(yīng)與能量的綜合(4)粒子的動(dòng)能是多大？粒子的動(dòng)能是多大？解析解析粒子的動(dòng)能粒

12、子的動(dòng)能Ek2 (Ek1Ek2) 4.8 MeV2.06 MeV答案答案返回返回自我檢測(cè)區(qū)12341據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱又稱“人造太陽(yáng)人造太陽(yáng)”)已完成了首次工程調(diào)已完成了首次工程調(diào)試下列關(guān)于試下列關(guān)于“人造太陽(yáng)人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是的說(shuō)法正確的是()1234解析解析A是核聚變反應(yīng)，是核聚變反應(yīng)，B是核裂變反應(yīng)，故是核裂變反應(yīng)，故A正確，正確，B錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；核反應(yīng)方程中計(jì)算能量的關(guān)系式是愛因斯坦的質(zhì)能方程，故核反應(yīng)方程中計(jì)算能量的關(guān)系式是愛因斯坦的質(zhì)能方程，故C正確，正確，D

13、錯(cuò)誤錯(cuò)誤答案答案AC12342一個(gè)一個(gè) 原子核原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程裂變方程為為， 則則下列敘述正確的是下列敘述正確的是()AX原子核中含有原子核中含有86個(gè)中子個(gè)中子BX原子核中含有原子核中含有141個(gè)核子個(gè)核子C因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，根據(jù)因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，根據(jù)Emc2，所以裂變后的總，所以裂變后的總質(zhì)量質(zhì)量 數(shù)數(shù)增加增加D因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量質(zhì)量 數(shù)數(shù)減少減少1234解析解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知2351a94

14、21,92b38，解得，解得a140，b54，其中，其中a為為X的質(zhì)量數(shù)，的質(zhì)量數(shù)，b為為X的核的核電荷數(shù)，電荷數(shù)，X核中的中子數(shù)為核中的中子數(shù)為ab1405486，由此可知，由此可知A正正確，確，B錯(cuò)誤；錯(cuò)誤；裂變釋放能量，由質(zhì)能關(guān)系可知，其總質(zhì)量減少，但質(zhì)量數(shù)守裂變釋放能量，由質(zhì)能關(guān)系可知，其總質(zhì)量減少，但質(zhì)量數(shù)守恒，故恒，故C、D均錯(cuò)誤均錯(cuò)誤答案答案A12343兩個(gè)動(dòng)能均為兩個(gè)動(dòng)能均為1 MeV的氘核發(fā)生正面碰撞，引起如下反應(yīng)：的氘核發(fā)生正面碰撞，引起如下反應(yīng)：1234(1)此核反應(yīng)中放出的能量此核反應(yīng)中放出的能量E為為_解析解析此核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損和放出的能量分別為：此核反應(yīng)中的質(zhì)量虧

15、損和放出的能量分別為：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.4.005 MeV1234(2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭?dòng)能，則新生的氚核具有的若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭?dòng)能，則新生的氚核具有的動(dòng)能是動(dòng)能是_(已知已知m H2.013 6 u，m H3.015 6 u，m H1.007 3 u)213111解析解析因碰前兩氘核動(dòng)能相同，相向正碰，故碰前的總動(dòng)量為因碰前兩氘核動(dòng)能相同，相向正碰，故碰前的總動(dòng)量為零因核反應(yīng)中的動(dòng)量守恒，故碰后質(zhì)子和氚核的總動(dòng)量也為零因核反應(yīng)中的動(dòng)量守恒，故碰后質(zhì)子和氚

16、核的總動(dòng)量也為零設(shè)其動(dòng)量分別為零設(shè)其動(dòng)量分別為p1，p2，必有，必有p1p2.1234設(shè)設(shè)碰后質(zhì)子和氚核的動(dòng)能分別為碰后質(zhì)子和氚核的動(dòng)能分別為Ek1和和Ek2，質(zhì)量分別為，質(zhì)量分別為m1和和m2.則則故新生的氚核具有的動(dòng)能為故新生的氚核具有的動(dòng)能為Ek2 (EEk0) (4.0052) MeV1.5 MeV.答案答案1.5 MeV4在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能核反應(yīng)堆勢(shì)在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量的核的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量的核能能12341234解析解析a3；X表示中子表示中子答案答案a3；X表示中子表示中子1234解析解析 質(zhì)量虧損質(zhì)量虧損mmUmBmK2mn，釋放的核能，釋放的核能Emc2(mUmBmK2mn)c2.答案答案(mUmBmK2mn)c2