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第三課時 核反應(yīng) 核能
【教學(xué)要求】
1．知道原子核的組成和核力的概念；
2．理解核能的概念，知道獲得核能的兩種途徑。
【知識再現(xiàn)】
一、核反應(yīng)
1．某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過程叫做核反應(yīng)。
2．常見的核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變等幾種類型．
3．幾種典型的核反應(yīng)：
（1）盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為
_____________________________
（2）德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為
_____________________________
（3）伊麗芙?居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為
_____________________________
二、核力
1．把核子緊緊束縛在___________，形成穩(wěn)定的原子核的力，稱為核力。
2．核力的特點(diǎn)：
（1）核力與核子是否帶電無關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間，中子與中子間都可以有核力作用．
（2）是一種強(qiáng)相互作用．
（3）是一種近程力（當(dāng)兩個核子間距r＜2×10-15m時才發(fā)生作用）．只有相鄰的核子間才有核力作用．
三、核能（原子核的結(jié)合能）
1．克服核力做功，使原子核分解為單個核子時吸收的能量，或若干個單個核子在核力作用下結(jié)合成原子核時放出的能量，叫原子核的結(jié)合能，簡稱核能．
例如： H+ n→ H+△E（△E=2.22 MeV）
2．核能的計算
根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程 E=mc2或△E=△mc2
3．核能獲得的兩種途徑：
（1）重核的裂變：重核分裂成兩個（或兩個以上）中等質(zhì)量核時要釋放能量，這種核反應(yīng)叫裂變．
（2）輕核的聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的變化．
知識點(diǎn)一對質(zhì)能方程的理解
一定的質(zhì)量m總是跟一定的能量mc2對應(yīng)。核子在結(jié)合成原子核時的總質(zhì)量減少了，相應(yīng)的總能量也要減少，根據(jù)能量守恒定律，減少的這部分能量不會憑空消失，它要在核子結(jié)合過程中釋放出去。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的這部分能量也不會憑空產(chǎn)生，要由外部來供給。
【應(yīng)用1】為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mc2，下列說法中不正確的是（ ）
A．E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比
B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可計算核反應(yīng)的能量
C．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個氘核時釋放能量，表明此過程出現(xiàn)了質(zhì)量虧損
D．E=mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能
導(dǎo)示: 質(zhì)能方程的本質(zhì)是：第一，質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一；第二，質(zhì)能方程提示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在量值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可相互轉(zhuǎn)化；第三，質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律．生成的γ射線雖然質(zhì)量為零但能量不為零。故選D。
物體的質(zhì)量減少了，它的能量也減少；物體的質(zhì)量增加了，它的能量也增加；不能錯誤地認(rèn)為質(zhì)量和能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。對質(zhì)量虧損，切忌不能誤解為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量。
知識點(diǎn)二裂變與聚變
鈾核裂變的反應(yīng)為：
U+ n→ Xe+ Sr+ 2 n +217MeV
氘核和氚核聚合成氦核：
H＋ H→ He＋ n＋17.6MeV
【應(yīng)用2】（07江蘇省如東中學(xué)期末）2008年北京奧運(yùn)會場館周圍80％～90％的路燈將利用太陽能發(fā)電技術(shù)，奧運(yùn)會90％的洗浴熱水將采用全玻真空太陽能集熱技術(shù)。太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部所發(fā)生的一系列核反應(yīng)形成的，其主要的核反應(yīng)過程可表示為（ ）
A．
B．
C． D．
導(dǎo)示: 太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部進(jìn)行著激烈熱核反應(yīng)（聚變反應(yīng)），故選A。
類型一核反應(yīng)方程的書寫
寫核反應(yīng)方程的一般程序是：①先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置；②根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律計算出未知核或未知粒子的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；③根據(jù)未知核或未知粒子的電荷數(shù)判定它們是哪種元素或哪種粒子，并在核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置寫上它們的符號。
【例1】完成下列核反應(yīng)方程，其中屬于衰變的是_________屬于人工轉(zhuǎn)變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是__________。
A．
B．
C．
D．
導(dǎo)示:根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒先完成核反應(yīng)方程，然后根據(jù)核反應(yīng)的類型即可判斷出反應(yīng)類型．
答案 B A C D
寫核反應(yīng)方程時的注意事項：
①對于核反應(yīng)通常是不可逆的，方程中只能用箭頭(→)，不能用等號(=)；
②在核反應(yīng)過程中，遵循電荷教守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，但“質(zhì)量數(shù)守恒”決不能說成“質(zhì)量守恒”；
③核反應(yīng)的依據(jù)是客觀實(shí)驗，有許多核反應(yīng)的產(chǎn)物不是唯一的(如鈾核裂變)．因此不能認(rèn)為只要配平質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)就可隨意編造反應(yīng)式。
類型二核能的計算
核能的計算方法：（1）根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(△m)的千克數(shù)乘以真空中光速的平方(c=3X108m/s)即：△E=△mc2 ；（2）根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以931.5 MeV，即：△E=△m×931.5MeV。
【例2】（07屆南京市第一次調(diào)研測試）物理學(xué)家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng).根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個氫核( )轉(zhuǎn)化成一個氦核( )和兩個正電子( )并放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量mP＝1.0073u，α粒子的質(zhì)mα＝4.0015u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u． 1u的質(zhì)量對應(yīng)931.5MeV的能量。
（1）寫出該熱核反應(yīng)方程
（2）一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少兆電子伏的能量?（結(jié)果保留四位有效數(shù)字）
導(dǎo)示:（1）4 → +2
（2）Δm＝4mP－mα－2me
=4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u
=0.0267u
則△E=△m×931.5MeV=0.0267u×931.5MeV/u =24.87 MeV
計算核能時需注意：使用公式△E=△mc2時，△m的單位是千克，△E的單位是焦耳；如果用△E=△m×931.5MeV時，△m的單位是原子質(zhì)量單位（u,1u=1.660566×10-27kg），△E的單位是兆電子伏。
1．（07合肥市教學(xué)質(zhì)量檢測一）據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗裝置（又稱“人造太陽”）已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是（ ）
A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程式是
B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程式是
C．根據(jù)公式△E=△mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多
D．根據(jù)公式E=mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)釋放的能量相同
2．（07南京市金陵中學(xué)一模）在下列四個方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子，以下判斷中正確的是（ ）
　　
A．X1是α粒子 B．X2是質(zhì)子　　
C．X3是中子 D．X4是電子
3．（07廣東省汕尾市調(diào)研測試）中子 、質(zhì)子 、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD，現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核，使之分解，用核符號寫出上述核反應(yīng)方程，若分解后的中子、質(zhì)子的動能相等，則中子的動能是多少？
答案： 1．AC、 2．D、3．γ+ → + ；
［(mD－mp－mn)c2+E］。


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