（新课标）河南省2015高考物理总复习讲义 第13章 第3讲 核反应和核能

第3讲核反应和核能知识一天然放射现象和衰变1天然放射现象(1)天然放射现象元素自发地放出射线的现象，首先由贝可勒尔发现天然放射现象的发现，说明原子核具有复杂的结构(2)三种射线：放射性元素放射出的射线共有三种，分别是射线、射线、射线2原子核的衰变(1)原子核放出粒子或粒子，变成另一种原子核的变化称为原子核的衰变(2)分类衰变：XYHe衰变：XYe(3)半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需的时间半衰期由原子核内部的因素决定，跟原子所处的物理、化学状态无关知识二核反应和核能1核反应在核物理学中，原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程在核反应中，质量数守恒，电荷数守恒2核力核子间的作用力核力是短程力，作用范围在1.5×1015 m之内，只在相邻的核子间发生作用3核能核子结合为原子核时释放的能量或原子核分解为核子时吸收的能量，叫做原子核的结合能，亦称核能4质能方程、质量亏损爱因斯坦质能方程Emc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小m，这就是质量亏损由质量亏损可求出释放的核能Emc2.考点一衰变和半衰期一、原子核衰变规律衰变类型衰变衰变衰变方程XYHeAZXYe1 / 7衰变实质2个质子和2个中子结合成一个整体抛射出中子转化为质子和电子2H2nHenHe衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒二、对半衰期的理解1根据半衰期的概念，可总结出公式N余N原()t/，m余m原()t/式中N原、m原表示衰变前的放射性元素的原子核数和质量，N余、m余表示衰变后尚未发生衰变的放射性元素的原子核数和质量，t表示衰变时间，表示半衰期2影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部因素决定的，跟原子所处的物理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关1个示范例(2012·大纲全国高考)U经过m次衰变和n次衰变，变成Pb，则()Am7，n3Bm7，n4Cm14，n9 Dm14，n18【解析】核反应的基本规律是质量数守恒、电荷数守恒，即2354m207,922m82n，解得m7，n4.【答案】B1个预测例约里奥居里夫妇因发现人工放射性元素而获得了1935年的诺贝尔化学奖，他们发现的放射性元素P衰变成Si的同时放出另一种粒子，这种粒子是_.P是P的同位素，被广泛应用于生物示踪技术，1 mg P随时间衰变的关系如图1331所示，请估算4 mg的P经多少天的衰变后还剩0.25 mg?图1331【解析】写出衰变方程PSie，故这种粒子为e(正电子)，由mt图象知P的半衰期为14天，由m余m原()得0.25 mg4 mg×()，故t56天【答案】e(正电子)56天考点二核反应方程的书写一、类型对比类型可控性核反应方程典例衰变衰变自发92U90ThHe衰变自发90Th91Pa01e人工转变人工控制7NHe8OH(卢瑟福发现质子)HeBe6Cn(查德威克发现中子)AlHePn约里奥居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子PSi01e重核裂变比较容易进行人工控制92Un56BaKr3n92Un54XeSr10n轻核聚变目前无法控制HHHen二、注意问题1核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头表示反应方向，不能用等号连接2核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程3核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒；遵循电荷数守恒(2013·上海高考)放射性元素PO衰变为Pb，此衰变过程的核反应方程是_；用此衰变过程中发出的射线轰击F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是_【解析】根据衰变规律，此衰变过程的核反应方程是POPbHe.用射线轰击F，可得到质量数为22的氖(Ne)元素和另一种粒子，此核反应过程的方程是：HeFNeH.【答案】POPbHeHeFNeH考点三核能的产生和计算一、获得核能的途径1重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个中等质量的核的反应过程重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应大于它的临界体积2轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能，要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应二、核能的计算方法1应用Emc2：先计算质量亏损m，注意m的单位1 u1.66×1027 kg,1 u相当于931.5 MeV的能量，u是原子质量单位2核反应遵守动量守恒和能量守恒定律，因此我们可以结合动量守恒和能量守恒定律来计算核能1个示范例太阳内部持续不断地发生着4个质子(H)聚变为1个氦核(He)的热核反应，核反应方程是4HHe2X，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(n)B方程中的X表示电子(e)C这个核反应中质量亏损m4m1m2D这个核反应中释放的核能E(4m1m22m3)c2【解析】由核质量数守恒、电荷数守恒可推断出X为e，A、B错；质量亏损为m4m1m22m3，释放的核能为Emc2(4m1m22m3)c2，C错，D对【答案】D1个预测例1919年，卢瑟福用粒子轰击氮核发现质子科学研究表明其核反应过程是：粒子轰击静止的氮核后形成了不稳定的复核，复核发生衰变放出质子，变成氧核设粒子质量为m1，初速度为v0，氮核质量为m2，质子质量为m0，氧核的质量为m3，不考虑相对论效应(1)粒子轰击氮核形成不稳定复核的瞬间，复核的速度为多大？ (2)求此过程中释放的核能【解析】设复核的速度为v，由动量守恒定律得m1v0(m1m2)v解得v.(2)核反应过程中的质量亏损mm1m2m0m3反应过程中释放的核能Em·c2(m1m2m0m3)c2.【答案】(1)v(2)(m1m2m0m3)c21(2011·浙江高考)关于天然放射现象，下列说法正确的是()A射线是由氦原子核衰变产生B射线是由原子核外电子电离产生C射线是由原子核外的内层电子跃迁产生D通过化学反应不能改变物质的放射性【解析】射线是氦核流，A错；射线是原子核内的一个中子变成一个质子而放出的，B错；射线是原子核受激发而产生的，C错；物质的放射性和半衰期与温度以及化学状态等无关，由核本身的性质决定，故D项正确【答案】D2(多选)原子核X经衰变(一次)变成原子核Y，原子核Y再经一次衰变变成原子核Z，则下列说法中正确的是()A核X的中子数减核Z的中子数等于2B核X的质子数减核Z的质子数等于5C核Z的质子数比核X的质子数少1D原子核X的中性原子的电子数比原子核Y的中性原子的电子数少1【解析】由题意可知XYe，YZHe，由此可判断A、B错误，C、D正确【答案】CD3用中子轰击氧原子核的核反应方程式为8OnNX，对式中X、a、b的判断正确的是()AX代表中子，a17，b1BX代表正电子，a17，b1CX代表正电子，a17，b1DX代表质子，a17，b1【解析】根据质量数、电荷数守恒可知a17，b8071，因此X可表示为e，即正电子，故C项正确，A、B、D三项错【答案】C4(2013·上海高考)在一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为()A6次B10次C22次 D32次【解析】一个U原子核衰变为一个Pb原子核的过程中，发生衰变的次数为(238206)÷48次，发生衰变的次数为2×8(9282)6次，选项A正确【答案】A5(多选)(2013·广东高考)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应式是UnBaKr3n.下列说法正确的有()A上述裂变反应中伴随着中子放出B铀块体积对链式反应的发生无影响C铀核的链式反应可人工控制D铀核的半衰期会受到环境温度的影响【解析】根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题裂变反应式中的n为中子，铀块体积大于临界体积，才能发生链式反应，且铀核的链式反应是可控的，选项A、C正确，选项B错误；放射性元素的半衰期不受外界压强、温度的影响，选项D错误【答案】AC6(多选)(2013·新课标全国卷)关于原子核的结合能，下列说法正确的是()A原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量B一重原子核衰变成粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能C铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能D比结合能越大，原子核越不稳定E自由核子组成原子核时，其质量亏损所对应的能量大于该原子核的结合能【解析】原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，选项E错误【答案】ABC7(2013·重庆高考)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：Unab2n则ab可能是()A.XeKrB.BaKrC.BaSr D.XeSr【解析】利用质量数守恒和电荷数守恒可以判断出可能的核反应方程选项A不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C不满足电荷数守恒；选项B不满足质量数守恒；只有选项D正确【答案】D8(多选)(2012·广东高考)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.HHHen是核聚变反应B.HHHen是衰变C.UnBaKr3n是核裂变反应D.UnXeSr2n是衰变【解析】衰变时释放出电子(e)，衰变时释放出氦原子核(He)，可知选项B、D错误；选项A中一个氚核和一个氘核结合成一个氦核并释放出一个中子是典型的核聚变反应；选项C中一个U 235原子核吸收一个中子，生成一个Ba原子核和一个Kr原子核并释放出三个中子是核裂变反应【答案】AC9(2013·山东高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He_Be.(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×1016s.一定质量的Be，经7.8×1016s后所剩Be占开始时的_【解析】(1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知，HeHeBe.(2)Be的半衰期为2.6×1018 s，经过7.8×1018 s后，也就是经过3个半衰期后剩余的质量为m()nm()3m，所剩Be占开始时的.【答案】(1)He(或)(2)(或12.5%)10(2012·新课标全国高考)氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：HHHex，式中x是某种粒子已知：H、H、He和粒子x的质量分别为2.014 1u、3.016 1u、4.002 6u和1.008 7u；1u931.5 MeV/c2，c是真空中的光速由上述反应方程和数据可知，粒子x是_，该反应释放出的能量为_MeV(结果保留3位有效数字)【解析】由质量数守恒和电荷数守恒可知，粒子x是中子由质能方程可得Emc2m×931.5 MeV/u17.6 MeV【答案】n(或中子)17.6 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！