高三物理第四节 核反应、核能 第五节 裂变人教版.doc

高三物理第四节核反应、核能第五节裂变人教版

【同步教育信息】
一.本周教学内容：
第四节核反应核能
第五节裂变

二.知识要点：
1.知道什么是核反应，知道原子核的人工转变是核反应的一种形式，能够正确地写出核反应方程。
2.理解质量亏损的概念，并能作有关计算。知道爱因斯坦质能方程的物理意义。能根据质能方程计算核反应中释放的核能。
3.知道重核裂变和链式反应，会计算裂变过程中释放的能量。
4.知道什么是核反应堆，了解慢中子反应堆的工作原理。
5.知道我国使用的浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站的工作原理，都是利用重核的链式反应放出核能。原子弹的原理也是利用重核的链式反应放出核能。

三.疑难辨析：
1.在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应。原子核的人工转变就是一种核反应和衰变过程一样，在核反应中，质量数和电荷数都守恒。
2.所谓质量亏损，是指反应物在核反应之前的总质量与核反应之后的总质量的差值。例如核子在结合成原子核时必出现质量亏损。爱因斯坦的质能方程E=mc2指出了物体的能量E与质量m之间的密切联系，当物体的质量增加或减少Δm时，它的能量也会相应增加或减少ΔE，ΔE和Δm的关系是ΔE=Δmc2。
应当注意：①所谓质量亏损，并不是质量消失；减少的质量在核子结合成核的过程中以能量的形式辐射出去了；反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的能量要由外部供给；②在由方程ΔE=Δmc2算对应的能量时要注意；当Δm的单位是kg，c的单位是m/s时，求出ΔE的单位是J；当Δm的单位是u时，可根据1u相当于931.5MeV的能量关系计算结果（课后请证明，1原子质量单位u相当于931.5MeV的能量）；③在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为新核和新粒子的动能，因而在此情况下可用动量守恒和能量守恒来解决问题。
3.核物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。裂变放出核能的原因是原子序数较大的重核分裂成原子序数较小一些的几个轻核时，会有质量亏损，因而放出核能。铀核裂变时，同时放出2—3个中子，如果这些中子再引起其他铀核裂变。就可以使裂变反应不断地进行下去，这种反应就叫做链式反应。要维持链式反应，要减少裂变物质中的杂质，最好是利用纯铀235，且裂变物质达到一定体积（即临界体积）。
4.核反应堆是用人工控制链式反应的装置．慢中子反应堆主要有以下几个部分组成：①核燃料——用浓缩铀235制成的铀棒；②减速剂——采用石墨、重水或普通水，用于使快中子减速变成慢中子，以便被铀235俘获，引起裂变；③控制棒——镉棒。用于吸收中子，通过控制棒的插入和拔出，控制反应速度；④冷却剂——水、液体金属钠，用于控制反应堆的温度，同时输出热量，用于发电；⑤水泥防护层——用来屏蔽裂变产物所放出的各种射线，防止射线对人体的伤害。

【典型例题】
[例1]已知氚核的质量是3.016050u，质子的质量是1.007277u，中子的质量是1.008665u，求核子结合成氚核释放的核能。
解：质子和两个中子形成氚核的核反应方程为：＋2n→He，一个质子和两个中于结合成氚核的质量亏损为

若取1u＝1.66×l0－27kg，则

若取与1u质量相当的能量为931.5MeV，则
ΔE＝0.008557u×931.5MeV／u＝7.97MeV
说明：实际应用中要根据具体情况，确定能量的单位，选择其中一种解法。

[例2]质子、中子组成氦核（粒子），它们的质量分别为mp、ｍn、，则三者的关系为（）
A. B.
C. D.
答案：C
解：质子、中子组成氦核时发生聚变，放出能量，有质量亏损，C正确。

[例3]一个铀235原子俘获一个中子后，裂变为氙139和锶94，同时放出三个中子，写出核反应方程并算出一个铀核裂变时释放的核能，已知mU＝235.04394u，mXe＝138.91844u，mSr=93.91547u，mn＝1.008665u。
解：核反应方程为

反应中质量亏损为
Δm=（mU+mn）－（mXe+msr+3mn）
=（235.04394+1.008665）u－（138.91844+93.91547+3×1.008665）u
=0.1927u
所以，一个铀核裂变释放的核能为
ΔE＝0.1927×931.5MeV≈180MeV

[例4]根据上例的数据，计算lkg的铀完全裂变可放出的能量，相当于多少燃烧值为2.93×107J／kg的煤完全燃烧时放出的热量？
解：lkg铀中含有的铀核数为N=个
1kg铀完全裂变共释放出能量为E＝NΔE=2.562×1024×180MeV≈4.61×1026MeV
相当于燃烧煤的质量为

【模拟试题】（答题时间：45分钟）
1.卢瑟福最初发现质子的核反