17.4核能和核反应-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第17章 原子物理 第17.4讲 核能和核反应 【知识点精讲】 1．核力 (1)定义： 原子核内部，核子间所特有的相互作用力。 (2)特点： ①核力是强相互作用的一种表现； ②核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内； ③每个核子只跟它的相邻核子间才有核力作用。 2．结合能 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。 3．质能方程、质量亏损 爱因斯坦质能方程E＝mc2，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损。由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。 4．重核裂变 (1)定义：质量数较大的原子核受到高能粒子的轰击而分裂成几个质量数较小的原子核的过程。 (2)典型的裂变反应方程： U＋n→Kr＋Ba＋3n。 (3)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去的过程。 (4)临界体积和临界质量：裂变物质能够发生链式反应的最小体积及其相应的质量。 (5)裂变的应用：原子弹、核反应堆。 (6)反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 5．轻核聚变 (1)定义：两轻核结合成质量较大的核的反应过程。轻核聚变反应必须在高温下进行，因此又叫热核反应。 (2)典型的聚变反应方程： H＋H→He＋n＋17.6 MeV 6．粒子和宇宙 (1)“基本粒子”不基本 直到19世纪末，人们称光子、电子、质子和中子是基本粒子。 (2)发现新粒子 1932年发现了正电子，1937年发现了μ子，1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等。 (3)夸克模型 上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷量分别为元电荷的＋或－，每种夸克都有对应的反夸克。 7．核反应的四种类型 类　型 可控性 核反应方程典例 衰变 α衰变 自发 U―→Th＋He β衰变 自发 Th―→Pa＋e 人工转变 人工 控制 N＋He―→O＋H(卢瑟福发现质子) He＋Be―→C＋n(查德威克发现中子) Al＋He―→P＋n 约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子 P―→Si＋e 重核裂变 比较容易进行人工控制 U＋n―→Ba＋Kr＋3n U＋n―→Xe＋Sr＋10n 轻核聚变 很难控制 H＋H―→He＋n 8.书写核反应方程时应注意 (1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。 (2)核反应方程中的箭头(→)表示核反应进行的方向，不能把箭头写成等号。 【方法归纳】 一　重核裂变和轻核聚变的理解 1．重核裂变 (1)裂变：重核在一定条件下转变成两个中等质量的核的反应，叫做原子核的裂变反应。 例如：U＋n→Ba＋Kr＋3n (2)链式反应：在裂变反应中用产生的中子，再被其他铀核俘获使反应继续下去。 链式反应的条件：临界体积，极高的温度。 (3)一个U核裂变时放能约200 MeV能量。 1 kgU全部裂变放出的能量相当于2 800吨煤完全燃烧放出的能量。 2．轻核聚变 (1)聚变反应：轻的原子核聚合成较重的原子核的反应，称为聚变反应。 例如H＋H→He＋n＋17.6 MeV (2)一个氘核与一个氚核结合成一个氦核时(同时放出一个中子)，释放出17.6 MeV的能量，平均每个核子放出3 MeV以上的能量。比裂变反应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。【来源：21·世纪·教育·网】 (3)聚变反应的条件：几百万开尔文的高温。 二　对质能方程、质量亏损的理解 1．质能方程：一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2。 方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少。 2．质量亏损：组成原子核的核子质量与原子核的质量之差。根据能量守恒，原子核的质量必然比组成它的核子的质量和要小Δm，这就是质量亏损，由质量亏损可求出释放的核能ΔE＝Δmc2。核子在结合成原子核时出现质量亏损Δm，其能量也要相应减少，即ΔE＝Δmc2；原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2。 3．质能方程的三个易错点： (1)质量亏损并不是质量消失，只是静止质量变成了运动的质量； (2)质量亏损也不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的； (3)质量和能量这两个量并不可以相互转化，只是这两个量在数值上有联系。 二　核能的计算方法 1．根据爱因斯坦质能方程列式计算：即ΔE＝Δmc2(Δm的单位：kg)。 2．根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏能量，则ΔE＝Δm×931.5 MeV(Δm的单位：u，1 u＝1.660 6×10－27