2024届高考物理二轮复习导学案：专题15－近代物理第03讲 核能的计算

HKA　　　 　　 　　　 高三物理二轮复习导学案 编号 ER－046 微专题15 近代物理学 第3讲 核能的计算 2024 .04. 26 1. 了解核力的性质，知道四种基本相互作用。 2. 认识原子核的结合能，了解核裂变反应和核聚变反应。了解人类对物质结构的探索历程。 考向1 结合能和比结合能 1．核力：原子核内部，核子间所特有的相互作用力。是一种强相互作用力。 2．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要将它们分开，需要吸收能量，这些能量就是原子核的结合能。 3．比结合能 ①定义：原子核的结合能与核子数之比，称作比结合能，也叫平均结合能。 ②特点：不同原子核的比结合能不同，原子核的比结合能越大，原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定。 4．爱因斯坦质能方程：物体的能量和它的质量一一对应，即E＝mc2。 5．质量亏损： ①原子核的质量小于组成它的核子的质量之和，这个现象叫作质量亏损。 ②由质量亏损可求出核反应中释放的核能ΔE＝Δmc2。 [例1] 硼中子俘获疗法是肿瘤治疗的新技术，其原理是进入癌细胞内的硼核(B)吸收慢中子，转变成锂核(Li)和α粒子，释放出γ光子。已知核反应过程中质量亏损为Δm，γ光子的能量为E0，硼核的比结合能为E1，锂核的比结合能为E2，普朗克常量为h，真空中光速为c。 图4 (1)写出核反应方程并求出γ光子的波长λ； (2)求核反应放出的能量E及氦核的比结合能E3。 答案　(1)B＋n→Li＋He＋γ　h　 (2)Δmc2　 解析　(1)核反应方程为 B＋n→Li＋He＋γ 根据E0＝h 可求得γ光子的波长λ＝h。 (2)由质能方程可知，核反应中放出的能量 E＝Δmc2 由能量关系可得E＝7E2＋4E3－10E1 解得E3＝。 考向2 核裂变反应 1．重核裂变是中子轰击质量较大的原子核，使之分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放出更多的中子的过程。重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后有质量亏损，根本原因是重核的平均结合能比中等质量的核的平均结合能小。 2．链式反应：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。 3．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。 4．裂变的应用：原子弹、核反应堆。 5．反应堆构造：核燃料、减速剂、镉棒、防护层。 [例2] （2022广州培正中学三模）2020年1月10日，黄旭华获2019年国家最高科学技术奖。他是中国第一代核潜艇总设计师，成功研制了我国第一代核潜艇，为我国海基核力量实现从无到有的历史性跨越做出了卓越的贡献。核潜艇是以核反应堆（如图所示）为动力来源的潜艇，反应堆的核反应方程式为：，下列说法正确的是（　　） A. 元素有56个质子，144个中子 B. 的比结合能（平均结合能）大于的比结合能 C. 根据E=mc²，裂变后释放核能，裂变过程质量发生亏损 D. 要能发生链式反应，铀块的体积应小于临界体积 【参考答案】C 考向3 核聚变反应 1．定义：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变。 2．核反应方程(举例)：H＋H→He＋n＋17.6 MeV。 3．条件：使轻核的距离达到10－15 m以内。 方法：需要加热到很高的温度，因此核聚变又叫热核反应。 4．宇宙中的核聚变：太阳能是太阳内部的氢核聚变成氦核释放的核能。 5．人工热核反应的应用——氢弹 原理：首先由化学炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。 6．核聚变与核裂变的比较 （1）优点：①轻核聚变产能效率高；②地球上核聚变燃料氘储量丰富，而氚可利用锂来制取，足以满足核聚变的需要；③轻核聚变更为安全、清洁。 （2）缺点：核聚变需要的温度太高，地球上没有任何容器能够经受如此高的温度。 科学家提出的解决方案：①磁约束：利用磁场约束参加反应的物质，目前最好的一种磁约束装置是环流器。②惯性约束：聚变物质因自身的惯性，在极短时间内来不及扩散就完成了核反应，在惯性约束下，用高能量密度的激光或X射线从各个方向照射参加反应物质，使它们“挤”在一起发生反应。 [例3] （2023·江苏南通·统考二模）几十亿年后太阳内部氢元素消耗殆尽，内部高温高压使三个氦核发生短暂的热核反应，被称为氦闪，核反应方程为，该反应放出的能量为E，真空中光速为c。则下列说法错误的是（　　） A．该反应属于核聚变 B．X核中有6个中子 C．X核的比结合能为 D．该反应的质量亏损为 【答案】 C 考向4 基本粒子 [例4] （1）下列说法中不正确的是(　　) A．目前还未发现玻色子、轻子和夸克这三类粒子的内部结构 B．自然界存在着能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律，对基本粒子不适用 C．反粒子与其对应的