核核反反应应和和核核能能的的利利用用2019年高考物理复习年高考物理复习一、核反应一、核反应所有核反应的反应前后都遵守：所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）核反应类型有衰变、人工转变、重核的裂变和轻核核反应类型有衰变、人工转变、重核的裂变和轻核的聚变的聚变1、衰变：、衰变：衰变：衰变：（核内）（核内）衰变：衰变：（核内）（核内）+衰变：衰变：（核内）（核内）衰变：原子核处于较高能级衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级辐射光子后跃迁到低能级.2、人工转变：、人工转变：（发现质子的核反应）（发现质子的核反应）（发现中子的核反应）（发现中子的核反应）（人工制造放射性同位素）（人工制造放射性同位素）3、重核的裂变：、重核的裂变：在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。不断地进行下去，这就是链式反应。4、轻核的聚变：、轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）二、核能二、核能由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体。要把原子核拆散成核子，需要克服核力的集合体。要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者需要巨大的能量。这表明要把原做巨大的功，或者需要巨大的能量。这表明要把原子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能放出能量，这个能量叫做原子核的结合能.原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它原子核越大，它的结合能越高，因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得结合能。比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。越牢固，原子核越稳定。核反应中放出的能叫核能。核反应中放出的能叫核能。1结合能结合能中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量中等大小的核的比结合能最大（平均每个核子的质量亏损最大），这些核最稳定。另一方面如果使较重的亏损最大），这些核最稳定。另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用。能量供人使用。2质量亏损质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。3、爱因斯坦质能方程：、爱因斯坦质能方程： Emc2物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于物体所具有的能量跟它的质量成正比。由于c2这个数这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的。4、核反应中由于质量亏损释放的能量：、核反应中由于质量亏损释放的能量：E=m c2以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示。它表示1原子原子质量单位的质量跟质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。的能量相对应。对质能方程的理解对质能方程的理解（3）一定的质量一定的质量m总是跟一定的能量总是跟一定的能量mc2对应。核子在对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了结合成原子核时的总质量减少了,相应的总能量也相应的总能量也要减少要减少,根据能量守恒定律，减少的这部分能量不根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。反过来反过来,把原子核分裂成核子把原子核分裂成核子,总质量要增加，总能总质量要增加，总能量也要增加量也要增加,增加的这部分能量也不会凭空产生增加的这部分能量也不会凭空产生,要要由外部来供给。能量总是守恒的由外部来供给。能量总是守恒的,在原子核反应伴在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。随有巨大的放能和吸能现象。物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量发生了相互转化。发生了相互转化。三、释放核能的途径三、释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小铁原子核中核子的平均质量最小,所以铁原子核最稳定所以铁原子核最稳定.凡是由平均质量大的核，凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。核反应都是释放核能的。DABCEFFeZ0核子平均质量核子平均质量（2）链式反应：）链式反应：由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下由重核裂变产生的中子使裂变反应一代接一代继续下去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质能够发去的过程，叫做核裂变的链式反应。裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核裂变生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。的产物不同，释放的能量也不同。如铀核裂变的一个方程：如铀核裂变的一个方程：（1）重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，）重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。称为裂变。1、重核的裂变：、重核的裂变：通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核可以释量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核可以释放能量，放能量，（3）核反应堆）核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：核反应堆的主要组成是：反应堆示意图反应堆示意图核燃料。用浓缩铀核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀能吸收慢中子的铀235占占3%4%)减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速,以便被铀以便被铀235吸收）。吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。聚变需要几百万度高温，所以又叫热核反应。聚变需要几百万度高温，所以又叫热核反应。2、轻核的聚变：、轻核的聚变：(1)两个轻核结合成质量较大的核两个轻核结合成质量较大的核,这样的反应叫做聚变这样的反应叫做聚变(2)聚变与裂变相比有很多优点聚变与裂变相比有很多优点轻核聚变产能效率高。轻核聚变产能效率高。地球上聚变燃料的储量丰富。地球上聚变燃料的储量丰富。是轻核聚变反应更为安全、清洁。是轻核聚变反应更为安全、清洁。因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大所以平均每个核子释放的能量就更大A、X光是居里夫人最先发现的。光是居里夫人最先发现的。B、天然放射性是贝克勒尔最先发现的。、天然放射性是贝克勒尔最先发现的。C、法拉第发现了磁生电的方法和规律。、法拉第发现了磁生电的方法和规律。D、为了维护世界和平，、为了维护世界和平，1964年年10月月16日日,我国第一我国第一颗原子弹爆炸成功核能的利用得益于质能方程，颗原子弹爆炸成功核能的利用得益于质能方程，质能方程在世界上得到了的广泛应用，正影响着今质能方程在世界上得到了的广泛应用，正影响着今天的世界天的世界,因此被称为改变世界的方程。因此被称为改变世界的方程。1、下图中有四幅图片，涉及到有关物理学发展历史、下图中有四幅图片，涉及到有关物理学发展历史的四个重大发现，则下列的有关说法中的四个重大发现，则下列的有关说法中,不正确不正确的是的是:()A15、下列说法正确的是、下列说法正确的是（）A射线在电场和磁场中都不会发生偏转射线在电场和磁场中都不会发生偏转B射线比射线比射线更容易使气体电离射线更容易使气体电离C太阳辐射的能量主要来源于重核裂变太阳辐射的能量主要来源于重核裂变D核反应堆产生的能量来自轻核聚变核反应堆产生的能量来自轻核聚变A核反应堆产生的能量是来自于重核的裂变，核反应堆产生的能量是来自于重核的裂变，D错错解析：解析：射线中的射线中的光子不带电，故在电场与磁场中都不会光子不带电，故在电场与磁场中都不会发生偏转，发生偏转，A正确；正确；粒子的特点是电离能力很强，粒子的特点是电离能力很强，B错；错；太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，太阳辐射的能量主要来源于轻核的聚变，C错；错；14氢弹爆炸的核反应是氢弹爆炸的核反应是()A.B.C.D.A5一个一个原子核在中子的轰击下裂变方程为原子核在中子的轰击下裂变方程为,则下列说法正确的是则下列说法正确的是()AX原子核中含有原子核中含有86个中子个中子BX原子核中含有原子核中含有141个核子个核子C铀铀核核裂裂变变的的产产物物是是多多种种多多样样的的，具具有有一一定定的的偶偶然性然性D为为了了使使裂裂变变的的链链式式反反应应容容易易进进行行，最最好好用用纯纯铀铀235ACD20中子和质子结合成氘核时，质量亏损为中子和质子结合成氘核时，质量亏损为m，相应的能量相应的能量Emc22.2MeV是氘核的结合能。是氘核的结合能。下列说法正确的是（下列说法正确的是（）A用能量小于用能量小于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘的光子照射静止氘核时，氘核不能分解为一个质子和一个中子核不能分解为一个质子和一个中子B用能量等于用能量等于2.2Mev的光子照射静止氘核时，氘的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零和为零C用能量大于用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和为零和为零D用能量大于用能量大于2.2MeV的光子照射静止氘核时，氘的光子照射静止氘核时，氘核可能分解为一个质子核可能分解为一个质子和一个中子，它们的动能之和一个中子，它们的动能之和不为零和不为零AD6在下列四个核反应方程中，在下列四个核反应方程中，x表示质子的是表示质子的是（）（A）（B）（C）（D）C由核反应方程的质量数和电荷数守恒，可得各个由核反应方程的质量数和电荷数守恒，可得各个选项中的选项中的x分别为正电子、分别为正电子、粒子、质子、中子。粒子、质子、中子。解析：解析：1.现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产现在太阳向外辐射的能量是由太阳内部氢核聚变产生的，大约在生的，大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为反应，其核反应方程为，到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的。已知的产生的。已知的质量为质量为m1，的质量为的质量为m2，则下列判断正确的是（则下列判断正确的是（）A3m1m2B3m1m2C3m1 = m2D m1 = 3m2A142008年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术。年北京奥运会场馆设施采用很多太阳能技术。太阳的能量来源于氢核的聚变，每次聚变反应可以看太阳的能量来源于氢核的聚变，每次聚变反应可以看作是作是4个氢核个氢核()结合成结合成1个氦核个氦核()，同时放出，同时放出正电子正电子()。已知氢核的质量为。已知氢核的质量为，氦核的质量为，氦核的质量为，正电子的质量为，正电子的质量为，真空中光速为，真空中光速为c.下列关于氢下列关于氢核聚变的说法正确的是核聚变的说法正确的是()A核反应方程为核反应方程为B核反应方程为核反应方程为C每次核反应所释放的能量为每次核反应所释放的能量为D每次核反应所释放的能量为每次核反应所释放的能量为AC12.(2)一一个个高高能能光光子子，经经过过重重核核附附近近时时与与原原子子核核场场作作用用，能能产产生生一一对对正正负负电电子子，请请完完成成相相应应的的反反应应方程：方程：已已知知电电子子质质量量me=9.1010-31kg，光光在在真真空空中中的的传传播播速速 度度 为为 速速 为为 c=3.00108m/s， 则则 光光 子子 的的 能能 量量 至至 少少 为为 J解：解： 核反应方程为：核反应方程为：1.6410-13以下说法中正确的是（以下说法中正确的是（）A核反应方程为核反应方程为B核反应方程为核反应方程为C4个个氢氢核核结结合合成成1个个氦氦核核时时的的质质量量亏亏损损约约为为0.0266uD聚变反应过程中释放的能量约为聚变反应过程中释放的能量约为24.8MeV3太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元太阳能来源于轻核的聚变，太阳中存在的主要元素是氢素是氢,氢核的聚变反应可以看作是氢核的聚变反应可以看作是4个氢核（个氢核（）结合成结合成1个氦核（个氦核（）下表中列出了部分粒子的）下表中列出了部分粒子的质量（取质量（取1uc2=931.5MeV）粒子名称粒子名称质子质子p粒子粒子电子电子e中子中子n质量质量/u1.00734.00150.000551.0087ACD14.（3）（本题）（本题4分）分）2008年北京奥运会场馆周围年北京奥运会场馆周围8090的路灯将利用太阳能发电技术来供电，奥的路灯将利用太阳能发电技术来供电，奥运会运会90的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术.科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核科学研究发现太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应，即在太阳内部到氦核的核聚变反应，即在太阳内部4个氢核（个氢核（）转化成一个氦核（转化成一个氦核（）和两个正电子（）和两个正电子（）并放出能）并放出能量量.已知质子质量已知质子质量mP=1.0073u，粒子的质量粒子的质量m=4.0015u，电子的质量，电子的质量me=0.0005u1u的质量相当于的质量相当于931.MeV的能量的能量写出该热核反应方程；写出该热核反应方程；一次这样的热核反应过程中释放出多少一次这样的热核反应过程中释放出多少MeV的能的能量量?（结果保留四位有效数字）（结果保留四位有效数字）解：解：m =4mP m2me=41.0073u4.0015u20.0005u=0.0267uE=mc2=0.0267u931.5MeV/u24.86MeV123（2）镭镭（Ra）是是历历史史上上第第一一个个被被分分离离出出来来的的放放射射性性元元素素，已已知知能能自自发发地地放放出出粒粒子子而而变变成成新新核核Rn，已已知知的的质质量量为为M1=3.75331025kg,新新核核Rn的的质质量量为为M2=3.686710 25kg，粒粒子子的的质质量量为为m=6.64661027kg，现现有有一一个个静静止止的的核核发发生生衰衰变变，衰衰变变后后粒粒子子的的速速度度为为3.68105m/s。则则：（计计算算结果保留两位有效数字）结果保留两位有效数字）写出该核反应的方程式。写出该核反应的方程式。此反应过程中放出的能量是多少？此反应过程中放出的能量是多少？反应后新核反应后新核Rn的速度是多大？的速度是多大？解：解：14.一一个个质质子子和和一一个个中中子子聚聚变变结结合合成成一一个个氘氘核核，同同时时辐辐射射一一个个光光子子。已已知知质质子子、中中子子、氘氘核核的的质质量量分分别别为为m1、m2、m3,普普朗朗克克常常量量为为h,真真空空中中的的光光速速为为c。下列说法正确的是。下列说法正确的是（）A.核反应方程是核反应方程是B.聚变反应中的质量亏损聚变反应中的质量亏损C.辐射出的辐射出的光子的能量光子的能量D.光子的波长光子的波长B解见下页解见下页从核反从核反应应方程方程应应遵守遵守电电荷数守恒和荷数守恒和质质量数守量数守恒判断恒判断A选项错误选项错误。由题意：核反应辐射由题意：核反应辐射光子，光子，说说明有能量放出明有能量放出,再由再由质质能方程判定，所放能量源自能方程判定，所放能量源自质质量量亏亏损损，故，故B正确。正确。得核反得核反应释应释放核能放核能故故C选项选项不正确。不正确。得：得：故故D错误错误。由质能方程由质能方程解析：解析：由由反应反应堆示堆示意图意图