第一节 核力与核能 第二节 核裂变 第三节 核聚变 第四节 核能的利用与环境保护

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1 第一节 核力与核能 第二节 核裂变 第三节 核聚变 第四节 核能的利用与环境保护
第四章 核能 第一节 核力与核能 第二节 核裂变 第三节 核聚变 第四节 核能的利用与环境保护

2 第一节 核力与核能 一．核力与核的稳定性： 1．核力：把原子核中的核子维系在一起的力，是一种短程力，作用范围在2fm（1fm=10-15m）左右，即只有相邻的核子间存在相互作用，是一种强相互作用力。 2．核素：具有一定质子数和中子数的原子核。 A≤40时，N=Z较稳定；A>40时，N>Z较稳定。

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4 二．结合能与平均结合能： 1．结合能：核子结合成原子所释放的能量。 2．质量亏损： Δm=反应前质量-反应后质量。 3．爱因斯坦质能方程：一定的质量总与一定的能量相对应 E=mc2，ΔE=Δmc2。 当Δm=1 u时，ΔE =931.5 MeV。

5 4．平均结合能：对某种原子核，平均每个核子的结合能。
5．核能：原子核里由于核力的强作用而存在与核力对应的巨大能量，称为核能。 释放核能的主要方法有：重核裂变和轻核聚变。

6 例1．如图所示是描述原子核核子的平均质量与原子序数Z的关系曲线，由图可知下列说法正确的是 (　 　)
A．将原子核A分解为原子核B、C可能吸收能量 B．将原子核D、E结合成原子核F可能吸收能量 C．将原子核A分解为原子核B、F一定释放能量 D．将原子核F、C结合成原子核B一定释放能量 C

7 例2．质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2和m3，真空中光速为c，当质子和中子结合成氘核时，放出的能量是(　 　)
A．m3c2 B．(m1＋m2)c2 C．(m3－m2－m1)c2 D．(m1＋m2－m3)c2 D

8 例3．一个质子和一个中子结合成氘核，同时放出γ光子，核反应方程是 以下说法中正确的是(　 　)
A．反应后氘核的质量一定等于反应前质子和中子的质量之和 B．反应前后的质量数不变，因而质量不变 C．γ光子的能量为Δmc2，Δm 为反应中的质量亏损，c为光在真空中的速度 D．因存在质量亏损Δm，所以“物质不灭”的说法不正确 C

9 例4．两氘核发生如下核反应： 其中氘核质量为2.0136 u，氦核质量为3.0150 u，中子质量为1.0087 u。求核反应中释放的核能。
例5．用中子轰击锂核（ ）发生核反应，生成氚和α粒子外放出4.8 MeV的能量. (1)写出核反应方程式. (2)求出质量亏损. 3.26 MeV u

10 例6．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0. 5 MeV的质子 轰击静止的 ，生成两个动能均为8. 9MeV的
例6．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为0.5 MeV的质子 轰击静止的 ，生成两个动能均为8.9MeV的 (1 MeV＝1.6×10－13 J) (1)上述核反应方程为________________． (2)质量亏损为____________kg. 3.1×10－29 作业：P65 1，2，3，4，5，6，7 配套学案

11 第二节 核裂变 一．重核的裂变： 1．核裂变：重核分裂成质量较小的核的反应过程。 （1）裂变方程： （2）裂变的特点
第二节 核裂变 一．重核的裂变： 1．核裂变：重核分裂成质量较小的核的反应过程。 （1）裂变方程： （2）裂变的特点 ①裂变过程中能放出巨大的能量． ②裂变的同时能放出2～3个(或更多个)中子． ③裂变的产物不是唯一的．

12 2．裂变能（核能、原子能）：核裂变释放的能量。
二．链式反应： 1．定义：重核裂变时放出的第二代中子，继续轰击其他的核使裂变反应不断进行下去，称为链式反应。 2．临界体积： 能发生链式反应的铀块的最小体积。

13 三．裂变反应堆： 1．裂变反应堆：能维持和控制核裂变的装置。 核反应堆的基本部件及作用

14 2．核电站：

15 例1．关于铀核裂变，下列说法正确的是(　 　) A．铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成两种不同的核 B．铀核裂变时还能同时释放2～3个中子 C．铀核裂变的产物比裂变前的反应物质量大 D．铀块的体积对产生链式反应无影响 B

16 例2．一个 核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为
则下列叙述正确的是(　 　) A．X原子核中含有86个中子 B．X原子核中含有141个核子 C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2，所以裂变后的总质量数增加 D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少 A

17 例3．一个铀235吸收一个中子发生核反应时大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应时放出的能量为(NA为阿伏加德罗常数) (　 　)
A．NA×196 MeV B．235 NA×196 MeV C．235×196 MeV D． NA×196 MeV D

18 例4．关于原子核反应堆，下列说法不正确的是(　 　)
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能 B．镉棒的作用是控制反应堆的功率 C．石墨的作用是吸收中子 D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热能 C 作业：P70，1，2，3，4 配套学案

19 例5．裂变反应是目前核能利用中常用的反应．以原子核 为燃料的反应堆中，当 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为
反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量(以原子质量单位u为单位)．已知1 u的质量对应的能量为9.3×102MeV,此裂变反应释放出的能量是 MeV. 1.8×102

20 例6．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,这就是核电站
例6．利用反应堆工作时释放出的热能使水汽化以推动汽轮发电机发电,这就是核电站.核电站消耗的“燃料”很少，但功率却很大。目前，核能发电技术已经成熟. (1)核反应堆中的“燃料”如下(填写括号中的数值) (2)一座100万千瓦的核电站,每年需要多少吨浓缩铀?已知铀核的质量为 u，中子质量为 u，锶(Sr)核的质量为 u，氙核(Xe)的质量为 u，1u=1.66×10-27 kg，浓缩铀中铀235的含量占2%。 27 t

21 (3)同样功率(100万千瓦)的火力发电站,每年要消耗多少吨标准煤(已知标准煤的燃烧值为3.08×107 J/kg)?
(4)为了防止铀核裂变产物放出的各种射线对人体的危害和对环境的污染，需采取哪些措施(举2种)? (3)1.1×106 t (4)修建水泥层，屏蔽防护，废料深埋等。

22 第三节 核聚变 一．轻核聚变：（热核反应） 1．核聚变：轻核聚合成较重的核的核反应过程。 2．太阳和氢弹：不可控热核反应。

23 二．可控热核反应： 1．热核反应：聚变反应温度约108K。 2．可控热核反应中的等离子体约束方法： （1）引力约束： （2）磁约束： （3）惯性约束： 托卡马克示意图

24 例1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是(　 　)
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多 B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量大 C．聚变反应中粒子的平均结合能变小 D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增加 B

25 例2．太阳内部持续不断地发生着4个质子 ( )聚变为1个氦核( )的热核反应，核反应方程是 ，这个核反应释放出大量核能，已知质子、氦核、X的质量分别为m1、m2、m3，真空中的光速为c。下列说法中正确的是(　 　) A．方程中的X表示中子( ) B．方程中的X表示电子( ) C．这个核反应中质量亏损Δm＝4m1－m2 D．这个核反应中释放的核能 ΔE＝(4m1－m2－2m3)c2 D

26 例3．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28. 30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7
例3．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为(　 　) A．21.04 MeV B．35.56 MeV C．77.64 MeV D．92.16 MeV D

27 例4．氘和氚发生聚变反应的方程式是， 若有2 g氘和3 g 氚全部发生聚变，NA为阿伏加德罗常数，则释放的能量是(　 　) A．NA×17.6 MeV B．5NA×17.6 MeV C．2NA×17.6 MeV D．3NA×17.6 MeV A 作业：P74，1，2，3，4 配套学案

28 例5．太阳内部持续小断地发生着4个质子聚变为1个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源。
(mp= u，mα= u，me= u) (1)写出这个核反应方程； (2)这一核反应能释放多少能量(J)? (3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克(kg)? (4)若太阳质量减少万分之三，热核反应就不能继续进行，已知目前太阳的质量约为2×1030 kg，计算太阳约还能存在多少年(a)? (2) 4.2×10-12 J (3) 4.2×109 kg (4)4. 5×109 a

29 第四节 核能的利用与环境保护 一．核电站： 1．核电站的工作原理：

30 二．核武器： 1．原子弹： 2．氢弹：

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32 三．核能的优势与危害： 1．核能的优势： 2．核能的危害： 作业：P78，1，2，3，4，5 配套学案

33 例1 ．能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列释放核能的反应方程，表述正确的有（ ）
A． 是核聚变反应 B． 是β衰变 C． 是核裂变反应 D． 是α衰变 AC

34 例2．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是（ ）
A．核反应方程是 B．聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3 C．辐射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)c D．γ光子的波长 B

35 例3．原子核聚变可望给人类未来提供丰富的洁净能源。当氘等离子体被加热到适当高温时，氘核参与的几种聚变反应可能发生，放出能量。这几种反应的总效果可以表示为，
由平衡条件可知（ ） A．k=1，d= B．k=2，d=2 C．k=1，d= D．k=2，d=3 B

36 例4．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近（ ）
A．1036 kg B．1018 kg C．1013 kg D．109 kg D

37 例5．假设在NaCl蒸气中存在由钠离子Na+和氯离子Cl-靠静电相互作用构成的单个氯化钠NaCl 分子
例5．假设在NaCl蒸气中存在由钠离子Na+和氯离子Cl-靠静电相互作用构成的单个氯化钠NaCl 分子. 若取Na+与Cl-相距无限远时其电势能为零, 一个NaCl分子的电势能为-6.1eV. 已知使一个中性钠原子Na最外层的电子脱离钠原子而形成钠离子Na+所需的能量(电离能)为5.1eV, 使一个中性氯原子Cl结合一个电子形成氯离子Cl-所放出的能量(亲和能)为3.8eV. 由此可算出, 在将一个NaCl分子分解成彼此远离的中性钠原子Na和中性氯原子Cl的过程中, 外界供给的总能量等于 eV. 4.8

38 例6．如下一系列核反应是在恒星内部发生的，
其中p为质子，α为α粒子，e+为正电子，ν为一种中微子。已知质子的质量为mp= ×10-27 kg，α粒子的质量为mα= ×10-27 kg，正电子的质量为me=9.11×10-31 kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的光速c=3×108 m/s。试计算该系列核反应完成后释放的能量。 3.95×10-12 J

39 例9：钚的放射性同位素 静止时衰变为铀核激发态 和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核 ，并放出能量为0
例9：钚的放射性同位素 静止时衰变为铀核激发态 和α粒子，而铀核激发态立即衰变为铀核 ，并放出能量为0.097MeV的γ光子。已知：Pu、U和α粒子的质量分别为mPu= u、mU= u和mα=4.0026u，1u=931.5MeV/c2。 （1）写出衰变方程； （2）已知衰变放出的光子的动量可忽略，求α粒子的动能。

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41 核爆的蘑菇云，中心温度3980℃，爆炸当量相当于15万吨TNT，蘑菇云腾起20000英尺高，广岛成为人间地狱

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