第5章 4 核裂变 核聚变 5 粒子物理学发展概况-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（教科版）

4　核裂变　核聚变 5　粒子物理学发展概况 第五章　原子核与基本粒子 [学习目标]　1.了解裂变反应和聚变反应的工作原理(重点)。2.知道如何控制核反应速度及如何防止核污染。3.了解发现新粒子的过程。 4.知道粒子的分类及特点(重点)。5.了解夸克模型。 课时作业 巩固提升 要点1　核裂变　链式反应 要点2　核反应堆　核电站 要点3　核聚变　受控热核反应 内容索引 要点4　粒子物理学发展概况 要点1　核裂变　链式反应 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.核裂变:把重核分裂成几个　　 　　原子核的核反应现象称为核裂变。  2.铀核裂变 用中子轰击铀核时,铀核发生裂变,其产物是多种多样的,其中一种典型的反应是Kr+　　　　。  3.链式反应 如果一个反应过程的产物能够　　　 　这种反应,从而使反应一旦开始后就能　　　 　下去,这样的反应称为链式反应。  中等质量 n 再次引发 自动延续 4.临界体积 把能够发生链式反应的裂变物质的　　 　　叫作临界体积。  5.核裂变的能量 铀核裂变为中等质量的原子核,发生质量亏损,所以　　　　能量。1 g铀235完全裂变释放的能量相当于燃烧约　　　　煤放出的化学能。  最小体积 放出 3 t [思考与讨论] 如图为核裂变示意图。 (1)试写出一种铀核裂变的核反应方程。 (2)只要有中子轰击铀块就可以产生链式反应吗? 提示:(1Un→BaKr+n。 (2)有中子轰击铀块,且铀块的体积大于临界体积,这样才可以产生链式反应。 1.铀核的裂变和裂变方程 (1)核子受激发:当中子进入铀235后,便形成了处于激发状态的复核,复核中由于核子的激烈运动,使核变成不规则的形状。 (2)核子分裂:核子间的距离增大,因而核力迅速减弱,使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成几块,同时放出2或3个中子,这些中子又引起其他铀核裂变,这样,裂变就会不断地进行下去,释放出越来越多的核能。 归纳 关键能力 合作探究 (3)常见的裂变方程 Un→XeSr+n; Un→BaKr+n。 2.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积。 (2)有中子轰击铀块。 [典例1]　用中子n)轰击铀核U)发生裂变反应,会产生钡核Ba)和氪核Kr),并释放中子n),当达到某些条件时可发生链式反应,一个铀核U)裂变时,质量亏损为Δm,已知光在真空中的传播速度为c,以下说法正确的是(　　) A.U的裂变方程为U→BaKr+n BU发生链式反应的条件与铀块的温度有关 CU发生链式反应的条件与铀块的体积有关 D.一个铀核U)裂变时,放出的能量为ΔE=Δmc2 C [解析]U的裂变方程为Un→BaKr+n,A错误;当铀块体积达到临界体积时才能使链式反应不断进行下去,与铀块的温度无关,B错误,C正确;根据爱因斯坦质能方程可知一个U裂变时,放出的能量为ΔE=Δmc2,D错误。 [针对训练] 1.(多选)关于重核裂变的说法正确的是(　　) A.重核裂变为两个中等质量的核时,重核的中子数要比裂变后的两个中等质量核的中子数多 B.只要用中子轰击铀块,就一定能发生链式反应 C.为了使裂变的链式反应容易发生,不能利用裂变时产生的中子 D.裂变过程中释放能量,质量亏损 AD 解析:重核裂变为两个中等质量的核时,会产生两到三个中子,因此裂变后的中等质量核总的中子数少,故A正确;链式反应的发生是有条件的,铀块的体积必须达到其发生链式反应的临界体积,链式反应一旦发生,中子轰击铀核裂变产生的中子再次引起其他铀核的裂变,且能不断继续下去,故B、C错误;重核裂变时质量发生亏损,总能量减小,减小的能量对外释放,故D正确。 二 要点2　核反应堆　核电站 16 1.核反应堆 (1)分类:按引起裂变的中子能量分为　　　　反应堆和　　　　反应堆。  (2)燃料:　　　　(浓缩的铀235制成)。  (3)减速剂:铀235容易捕获慢中子发生反应,采用普通水、重水或 　　　　作减速剂。  (4)控制棒:为了调节中子的数目以控制反应速度,采用在反应堆中插入镉棒的方法,利用镉　　 　　的特性来控制链式反应的速度。  梳理 必备知识 自主学习 慢中子 快中子 铀棒 石墨 吸收中子 2.核电站 (1)定义:利用核反应堆中核裂变释放的核能进行发电的场所。 (2)工作原理:核反应堆工作时放出热量并由　　　　带出,产生 　　　 　的蒸汽,蒸汽驱动　　　　　　进行发电。  冷却剂 高温高压 汽轮发电机 [思考与讨论] 如图是慢中子反应堆的示意图,则 (1)核反应堆中的控制棒是由什么制成的?控制棒起什么作用? (2)慢化剂的作用是什么?是为了减慢裂变速度吗? 提示:(1)控制棒由镉制成,镉吸收中子的能力很强,在铀棒之间插进一些镉棒,可以控制链式反应的速度。 (2)慢化剂的作用是使快中子减速,以便于中子与铀核作用发生链式反应,不是为了减慢裂变速度,而是为了提高中子的利用率。 1.核电站的主要组成:核电站的核心设施是核反应堆,反应堆用的核燃料是铀235,它的主要部件列表如下: 归纳 关键能力 合作探究 　　部件名称 项目　　 采用的材料 作用 慢化剂 石墨、重水或普通水(也叫轻水) 降低中子速度,便于铀235吸收 控制棒 镉 吸收中子,控制反应速度 热循环介质　 水或液态钠 把反应堆内的热量传输出去 保护层 很厚的水泥外壳 屏蔽射线,防止放射性污染 2.核电站发电的优点 (1)消耗的核燃料少。 (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大,所能提供的能量大。 (3)对环境的污染要比火力发电小。 [典例2]　(多选)如图所示,核反应堆通过可控的链式反应实现核能的释放。核燃料是铀棒,在铀棒周围放慢化剂,快中子和慢化剂中的碳原子核碰撞后,中子能量减少变为慢中子。下列说法正确的是(　　) A.慢化剂使快中子变为慢中子,慢中子更难被铀核捕获 B.裂变后的新核氪的平均结合能大于铀核的平均结合能 C.链式反应是指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 D.一个U裂变释放的能量是200 MeV,则该核反应中质量亏损约为3.6×10-28 kg [答案]　BCD [解析]　中子的速度不能太快,否则无法被铀核捕获,裂变反应不能进行下去,A错误;重核裂变会有质量亏损,会释放核能,平均结合能大的原子核更稳定,故新核氪的平均结合能大于铀核的平均结合能,B正确;链式反应是指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,C正确;根据爱因斯坦质能方程可知,一个U裂变释放的能量是200 MeV,此过程中的质量亏损为Δm=≈3.6×10-28 kg, D正确。 [针对训练] 2.如图为普通核反应堆的结构示意图,通过铀235链式反应实现核能的可控释放。下列关于核反应堆工作中的说法正确的是(　　) A.正常运行的反应堆,水泥防护层外能检测到大量α粒子 B.中子速度越快越容易发生链式反应 C.通过改变镉棒的插入深度来控制反应速度 D.铀核裂变时释放能量的多少与生成物种类无关 C 解析:正常运行的核反应堆主要的辐射有γ辐射和中子辐射,所以水泥防护层外不可能检测到大量α粒子,故A错误;中子速度越快越不容易使链式反应发生,故B错误;利用镉棒对中子吸收能力强的特点,通过改变镉棒的插入深度,从而改变中子的数量来控制反应速度,故C正确;核裂变释放的能量与反应前后质量亏损有关,铀核裂变时会因产物种类不同导致质量亏损不同,释放能量不同,故D错误。 三 要点3　核聚变　受控热核反应 28 1.核聚变 (1)定义:把轻原子核聚合成　　　　原子核的反应。  (2)举例HH→　　　 n。 (3)条件 ①轻核的距离要达到　　　　以内。  ②需要上亿摄氏度的温度,因此又叫　　 　　。  梳理 必备知识 自主学习 较重 He 10-15 m 热核反应 (4)优点 ①能够释放更多的能量; ②没有放射性废料产生; ③原料储量丰富。 2.受控热核反应 (1)聚变的难点:地球上没有任何物质结构能够经受热核反应的高温。 (2)控制方法 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　　　　(托卡马克)。  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　　　　从各个方向照射反应物,使它们“挤”在一起发生反应。  环流器 激光 [思考与讨论] 我国自主研发制造的国际热核聚变核心部件在国际上率先通过权威机构认证,这是我国对国际热核聚变项目的重大贡献。 (1)为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能? (2)受控核聚变中磁约束的原理是什么? 提示:(1)因为很轻的原子核比较重的原子核的核子平均质量更大,比结合能更小,聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损,所以平均每个核子释放的能量就更大。 (2)原子核带有正电,垂直磁场方向射入磁场后在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,绕着一个中心不断旋转而不飞散,达到约束原子核的作用。 1.聚变发生的条件 要使轻核聚变,必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15 m,这要克服电荷间强大的斥力作用,要求轻核具有足够大的动能。要使原子核具有足够大的动能,就要给它们加热,使物质达到上亿摄氏度的温度。 归纳 关键能力 合作探究 2.重核裂变与轻核聚变的区别 比较项目 重核裂变 轻核聚变 放能原理 重核分裂成两个或多个中等质量的原子核,放出核能 两个轻核结合成质量较大的原子核,放出核能 原料的 蕴藏量 核裂变燃料铀在地球上储量有限,尤其用于核裂变的铀235在铀矿石中只占0.7% 主要原料是氘,氘在地球上的储量非常丰富 比较项目 重核裂变 轻核聚变 可控性 速度比较容易进行人工控制,现在的核电站都是用核裂变反应释放核能 目前,除氢弹以外,人们还不能完全控制它 放能多少 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量要大3~4倍 核废料处 理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多 [典例3]　太阳的能量来自下面的反应:四个质子(氢核)聚变成一个α粒子,同时发射两个正电子,已知太阳辐射能量的总功率为P,质子H、氦核He、正电子e的质量分别为mp、mα、me,真空中的光速为c。 (1)写出核反应方程; (2)求核反应所释放的能量ΔE; (3)求1 s内参与上述热核反应的质子数目。 [答案]　(1)H→He+e　(2)(4mp-mα-2me)c2 (3) [解析]　(1)根据质量数守恒和电荷数守恒,可得核反应方程为H→He+e。 (2)质量亏损Δm=4mp-mα-2me,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2得核反应释放的能量ΔE=(4mp-mα-2me)c2。 (3)设单位时间内参与热核反应的质子数为N,依据能量关系有P=,则N=。 [针对训练] 3.中国的 “人造太阳”,又称东方超环,全称是全超导托卡马克核聚变实验装置,是中国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置。2021年5月28日,中国的“人造太阳”实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,刷新了世界纪录。所谓“人造太阳”,就是在地球上模拟太阳内部发生的核聚变反应,为人类提供源源不断的清洁能源。其内部发生的一种核聚变反应方程为HH→Xn,下列说法正确的是(　　) A.反应产物X为He B.核聚变后的产物X的比结合能小于H的比结合能 C.可控的人工轻核聚变与核裂变相比更为安全、清洁 D.要实现核聚变,需要将轻核加热到很高的温度,使它们具有足够的动能克服核力作用而碰撞结合在一起 答案:C 解析:根据核聚变反应方程满足电荷数和质量数守恒,可知反应物X为He,选项A错误;比结合能越大,物质越稳定,所以核聚变后的产物X的比结合能大于H的比结合能,选项B错误;可控的人工轻核聚变产物为氦核,没有辐射和污染,所以与核裂变相比更为安全、清洁,选项C正确;要使轻核发生聚变,必须使它们的距离达到10-15 m以内,核力才能起作用,由于原子核都带正电,要使它们接近到这种程度,必须克服巨大的库仑力,而不是核力,选项D错误。 三 要点4　粒子物理学发展概况 42 1.加速器和对撞机 (1)带电粒子加速器 ①作用:获得　　　　　　　　来探索物质深层结构。  ②原理:带电粒子在电场中受　　　　作用而加速。  ③分类:　　　　加速器和回旋加速器。  (2)对撞机 ①作用:让　　　　　　实现对撞。  ②目的:提高　　　　的利用率。  梳理 必备知识 自主学习 高能量的粒子 电场力 直线 高能粒子流 能量 2.粒子“全家福” (1)粒子的分类 (2)实验中发现,存在着这样一类粒子,它们的质量、寿命、自旋等物理性质与过去已经发现的粒子相同,而电荷等其他性质相反,这些粒子叫作　　　　。完全由反粒子组成的物质称为　　　　。  反粒子 反物质 3.夸克模型 (1)1964年美国物理学家盖尔曼和茨威格各自独立提出了强子结构的夸克模型,他们认为强子由更基本的成分组成,这种成分叫作　　　　。  (2)夸克的种类:上夸克(u)、下夸克(d)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和顶夸克(t)。 (3)夸克的电荷量:夸克所带的电荷量是分数电荷量,即其电荷量为元电荷的-或+。例如上夸克带的电荷量为+,下夸克带的电荷量为-。 (4)意义:电子电荷不再是电荷量的　　　 　,而存在　　　　电荷。  夸克 最小单元 分数 [典例4]　(多选)已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克或反夸克)组成的;它们的带电荷量如下表所示(表中e为元电荷): 归纳 关键能力 合作探究   π+ π- u d 带电荷量 +e -e +e -e -e +e 下列说法正确的是(　　) A.π+由u和组成 B.π+由d和组成 C.π-由u和组成 D.π-由d和组成 AD [解析]　根据核反应中电荷数、质量数守恒可求得,π+电荷量为+e,u电荷量为+e,电荷量为+e,则u和的总电荷量为(+e)+(+e)=+e,故选项A正确,B错误;π-电荷量为-e,d电荷量为-e,电荷量为-e,则d和的总电荷量为(-e)+(-e)=-e,故选项D正确,C错误。 [针对训练] 4.(多选)关于粒子,下列说法正确的是(　　) A.质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子 B.质子、中子本身也是复合粒子,它们具有复杂的结构 C.质子是带电的强子 D.光子是希格斯玻色子 BC 解析:质子和中子是由不同的夸克组成的,它们不是最基本的粒子,故A错误,B正确;不同的夸克组成的强子,有的带电有的不带电,质子是带正电的强子,故C正确;光子是规范玻色子,故D错误。 5.人们在对宇宙射线的研究中,陆续发现了一些新的粒子,K介子和π介子都是科学家在1947年发现的。K-介子的衰变方程为K-→π0+π-,其中K-介子和π-介子带负电,电荷量等于元电荷的电荷量,π0介子不带电。如图所示,一个K-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中,其轨迹为图中的圆弧虚线,K-介子衰变后,π0介子和π-介子的轨迹可能是(　　) A 解析:π0介子不带电,在磁场中不偏转,π-介子带负电,在磁场中洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,再根据动量守恒定律判定知A正确。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.(多选)下列说法正确的是(　 　) A.目前还未发现轻子的内部结构 B.自然界存在着的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用 C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象 D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子 ACD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:现代实验中还没有发现轻子的内部结构,故A正确;能量守恒定律等对基本粒子也适用,故B错误;反粒子与其对应的粒子带等量异种电荷,反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确;质子是最早发现的强子,故D正确。 2.关于重核的裂变,以下说法正确的是(　　) A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的能量 B.中子从铀块中通过时,一定发生链式反应 C.重核裂变释放出大量能量,产生明显的质量亏损,所以核子数要减少 D.重核裂变为中等质量的核时,要发生质量亏损,放出核能 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:核裂变释放的能量来源于裂变过程的质量亏损,是核能转化为其他形式能的过程,其能量远大于俘获中子时吸收的能量,A错误,D正确;发生链式反应是有条件的,铀块的体积必须大于其临界体积,否则中子从铀块中穿过时,可能碰不到原子核,则不会发生链式反应,B错误;重核裂变时,核子数守恒,C错误。 3.如图是慢中子反应堆的示意图,下列对该反应堆的说法正确的是(　　) A.铀235容易吸收快中子后发生裂变反应 B.快中子跟减速剂的原子核碰撞后的能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C.控制棒由镉做成,当反应过于激烈时,使控制棒插入浅一些,让它少吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些 D.要使裂变反应更激烈一些,应使控制棒插入深一些,使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子,链式反应的速度就会快一些 答案:B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:快中子容易与铀235擦肩而过,快中子跟减速剂的原子核碰撞后能量减少,变成慢中子,慢中子容易被铀235俘获而引起裂变反应,故选项B正确,A错误;控制棒由镉做成,镉吸收中子的能力很强,当反应过于激烈时,使控制棒插入深一些,让它多吸收一些中子,链式反应的速度就会慢一些,故选项C、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 4.广东大亚湾核电站是我国首座利用核裂变发电的大型商用核电站,核裂变反应方程Un→BaKr+aX中(　　) A.X为电子,a=1 B.X为质子,a=3 C.X为质子,a=2 D.X为中子,a=3 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:根据电荷数守恒知X的电荷数为92-36-56=0,即质子数为0,所以X为中子,根据质量数守恒知X的总质量数为235+1-144-89=a,可得a=3,故选项D正确。 5.(多选)月球储藏大量可控核聚变理想燃料氦-3He),2020年12月1日,我国嫦娥五号探测器成功着陆月面后开始“挖土”并成功带回地面供科学研究。核聚变反应方程为HH→He+X或HHe→He+Y。下列说法正确的是(　　) A.X是中子 B.Y是正电子 C.核聚变过程发生质量亏损,释放核能 DHe比He的原子核更稳定 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知,X的质量数为1,电荷数为0,则X为中子;Y的质量数为1,电荷数为1,则Y为质子,A正确,B错误;核聚变过程发生质量亏损,释放核能,C正确;因反应放出核能,则He比He的原子核更稳定,D错误。 6.(多选)质子和中子属于强子,强子是由更基本的粒子——夸克组成。根据夸克模型,夸克有6种,它们是上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克。它们的带电荷量分别为-或+e,电荷量e为元电荷。已知一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成,一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成,则下列说法正确的是(　　) A.上夸克的电荷量为+ B.下夸克的电荷量为- C.上夸克的电荷量为- D.下夸克的电荷量为+ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 AB 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:根据质子带电荷量为+e和中子不带电,设上、下夸克的电荷量分别为q1、q2,则有2q1+q2=+e,q1+2q2=0,解得q1=+e,q2=-,故选A、B。 7.据报道,位于安徽省合肥市科学岛上的“东方超环”(EAST)——俗称“人造小太阳”,是中国科学院等离子体所自主设计、研制并拥有完全知识产权的磁约束核聚变实验装置。参与核反应的燃料为氘核和氚核,反应后产生氦核和某种粒子X,下列说法正确的是(　　) A.此核反应为裂变反应 B.X带正电 C.X为高频电磁波 D.氘核和氚核的总质量大于氦核和X的总质量 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:此核反应为聚变反应,故A错误;根据核反应的电荷数守恒和质量数守恒知,粒子X为中子,不显电性,故B、C错误;核反应过程,释放能量,出现质量亏损,所以氘核和氚核的总质量大于氦核和X的总质量,故D正确。 8.某同学通过上网了解到利用氦3He)和氘核进行的核聚变安全无污染,容易控制。月球上有大量的氦3,因此获取氦3是开发月球的重要目标之一,“嫦娥五号”是我国首个实施无人月面取样返回的月球探测器。已知一个氘核H)和一个氦3聚变的生成物是氦4He)和一个未知粒子，H的质量为m1He的质量为m2He的质量为m3,未知粒子的质量为m4,则(　　) A.未知粒子是质子 B.该核反应属于原子核的人工转变 C.反应物和生成物的质量关系是m1+m2=m3+m4 D.氦4的结合能一定小于氦3的结合能 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:氘核H)和氦3聚变的核反应方程是HHe→He+X,根据核反应方程的质量数守恒和电荷数守恒可知X的质量数为1,电荷数为1,所以X是质子,A正确;该核反应是原子核的聚变反应,B错误;核反应中会释放核能,释放的核能来源于核反应中的质量亏损,而亏损的质量为Δm=m1+m2-m3-m4,因为Δm≠0,故m1+m2≠m3+m4,C错误;组成原子核的核子越多,结合能越大,氦4比氦3多一个核子,故氦4的结合能要大些,D错误。 [B组　综合强化练] 9.太阳向外辐射的能量来自其内部发生的各种热核反应,当太阳内部达到一定温度时,会发生“核燃烧”,其“核燃烧”的核反应方程为He+X→Be+γ,方程中X表示某种粒子Be是不稳定的粒子,其半衰期为T,这个核反应释放出的能量为ΔE,光在真空中的传播速度为c,下列说法正确的是(　　) A.若使Be的温度降低,其半衰期会减小 B.方程中的X为电子e) C.该核反应过程产生的质量亏损为Δm= D.“核燃烧”的核反应是裂变反应 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:半衰期与外界因素无关,故温度改变,半衰期不变,故A错误;根据质量数守恒,电荷数守恒判断X为He,故B错误;根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δm·c2,解得该核反应过程产生的质量亏损为Δm=,故C正确;“核燃烧”的核反应是聚变反应,故D错误。 10.氘核H可通过一系列聚变反应释放能量,其总效果可用反应式H→He+H+n+43.15 MeV表示。海水中富含氘,已知1 kg海水中含有的氘核约为1.0×1022个,若全都发生聚变反应,其释放的能量与质量为M的标准煤完全燃烧时释放的热量相等。已知1 kg标准煤完全燃烧释放的热量约为2.9×107 J,1 MeV= 1.6×10-13 J,则M约为(　　) A.40 kg　　　　　　　　 B.100 kg C.400 kg D.1 000 kg 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:根据核反应方程式,6个氘核发生聚变反应可释放出43.15 MeV的能量,1 kg海水中的氘核反应释放的能量为E=×43.15 MeV≈7.19×1022 MeV≈1.15×1010 J,则相当于标准煤的质量为M= kg≈400 kg。 11.假设有一种放射线是由铀核U衰变成钍核Th,并释放一种粒子产生的。 (1)写出U衰变为Th的方程式; (2)已知铀核质量为3.853 131×10-25 kg,钍核的质量为3.786 567× 10-25 kg,α粒子的质量为6.646 72×10-27 kg,求衰变释放的能量。 答案:(1U→ThHe　(2)8.7×10-13 J 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:(1)反应方程为U→ThHe。 (2)ΔE=Δmc2=(mU-mTh-mα)c2,代入数据得 ΔE≈8.7×10-13 J。 [C组　培优选做练] 12.已知1 L海水中可提取0.03 g的氘H),氘核和氦核He)的质量分别为2.014 1 u和4.002 6 u,1 u=931.5 MeV,氘的摩尔质量为2 g/mol, NA=6.02×1023 mol-1。求: (1)1 L海水中的氘全部聚变为氦,能释放出多少MeV的能量? (2)1 kg无烟煤完全燃烧释放的能量为3.35×107 J,则1 L海水中的氘全部聚变所放出的能量相当于多少kg的无烟煤燃烧所释放的能量? 答案:(1)1.077×1023 MeV　(2)514 kg 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:(1)2个氘核聚变为1个氦核释放的核能为ΔE=(2×2.014 1-4.002 6) ×931.5 MeV=23.846 4 MeV 0.03 g的氘中含有氘核的数目为 NH=NA=×6.02×1023=9.03×1021个 所以1 L海水中氘全部聚变为氦,释放能量为 E=ΔE≈1.077×1023 MeV=1.723 2×1010 J。 (2)释放1.723 2×1010 J的能量需要燃烧无烟煤的质量为 m'= kg≈514 kg。 $$