知识讲解-核能、核能的利用.doc

物理总温习：核能、核能的应用编稿：李传安审稿：张金虎【考年夜纲求】1、明白核力及联合能、品质盈余等观点2、会配平跟誊写核反响方程式3、明白核能猎取的两种方法，了解核反响堆的要紧构成局部，能进展复杂的有关核能的盘算咨询题【考点梳理】考点一、核能要点解释：1、核力核子间作使劲。其特色为短程强引力：感化范畴为2.0×1015m，只在相邻的核子间发作感化。2、核能核子联合为原子核时开释的能量或原子核剖析为核子时接收的能量，叫做原子核的联合能，亦称核能。比联合能：联合能与核子数之比称做比联合能，也叫均匀联合能。比联合能越年夜，表现原子核中核子联合得越结实，原子核越波动。差别原子核的比联合能是纷歧样的，由比联合能曲线能够看出：中等巨细的核比联合能最年夜均匀每个核子的品质盈余最年夜，这些核最波动。3、质能方程、品质盈余爱因斯坦质能方程Emc2阐明物体的品质跟能量之间存在着必定的关联，一个量的变更必定随同着另一个量的变更。核子在结剖析原子核时放出核能，因而，原子核的品质必定比构成它的核子的品质跟要小m，这确实是品质盈余。由品质盈余可求出开释的核能Emc2；反之，由核能也可求出核反响进程的品质盈余。4、Emc2是盘算核能的常用办法。在详细使用中要留意单元制的一致及差别单元的换算。假定品质单元取原子品质单元u，那么：此论断亦可在盘算中直截了当使用。别的，在无光子辐射的状况下，核反响中开释的核能转化为天生的新核跟新粒子的动能。因而在此状况下可使使劲学道理动量守恒跟能量守恒来盘算核能。5、质能方程的了解对于品质盈余，切忌不克不及以为这局部品质转化成了能量，质能方程的实质是：第一，品质或能量是物资的属性之一，决不克不及把物资跟它们的某一属性品质跟能量同等起来。第二，质能方程提醒了品质跟能量的弗成联系性，方程树破了这两个属性在数值上的关联，这两个量分不恪守品质守恒跟能量守恒，品质跟能量在量值上的联络决不即是这两个量能够互相转化。第三，品质盈余不克不及否认了品质守恒定律，天生的射线虽静品质为零，但动品质不为零。考点二、重核的裂变要点解释：重核决裂成中等品质的核的反响进程。如：因为中子的增值使裂变反响能继续地进展的进程称为链式反响。发作链式反响的前提是：裂变物资的体积临界体积。裂变的使用：原枪弹、原子反响堆。核电站：核电站的中心是核反响堆，核反响堆要紧由以下几多局部构成。核燃料：稀释铀235.减速剂：稀释铀235轻易捕捉慢中子发作反响，采纳石墨、中水、或一般水作减速剂.操纵棒：为了操纵能量开释的速率，就要想办法增加中子的数量，采纳在反响堆中拔出镉棒的办法，应用镉接收中子才能非常强的特征，就能够轻易地操纵链式反响的速率.爱护层：反响堆外层是非常厚的水泥壁，可避免射线辐射出去.冷却零碎：靠水或液态金属钠在反响堆表里的轮回流淌，把发生的热量传输入去.反响堆是核电站的中心，核电站是靠核反响堆发生的内能发电.考点三、轻核的聚变要点解释：轻核结剖析品质较年夜的核的反响进程。如：发作聚变反响的前提是：超低温几多百万度以上热核反响。聚变的使用：氢弹、可控热核反响。要点解释：1、原子核既然是由质子跟中子构成的，那么什么原因还会从原子核里发射出粒子、粒子？实践上，发射出来的粒子跟粒子还是原子核内的质子跟中子联合或转化而成的。粒子是原子核内的2个质子跟2此中子联合在一同发射出来的，粒子是原子核内的中子转化为质子时发生并发射出来的。因而不克不及因为从原子核中发射出粒子跟粒子就以为原子核也是由它们构成的。2、品质数守恒跟核电荷数守恒是咱们誊写核反响方程的主要依照，但要以核反响的现实为根底，不克不及仅仅依照该两条守恒定律随便誊写现实上不存在的核反响方程。别的，核反响平日是弗成逆的，方程中只能用箭头：“衔接并唆使反响偏向，而不克不及用等号“衔接。【典范例题】范例一、配平跟誊写核反响方程例1、上面列出的是一些核反响方程此中AX是质子，Y是中子，Z是正电子BX是正电子，Y是质子，Z是中子CX是中子，Y是正电子，Z是质子DX是正电子，Y是中子，Z是质子【思绪点拨】依照品质数守恒跟电荷数守恒配平核反响方程，再断定XYZ是何种物资。【谜底】D【剖析】将三个核反响方程写明白，为可知X为正电子，可知Y为中子，可知Z为质子【总结升华】依照品质数守恒跟电荷数守恒配平核反响方程，是处理此类咨询题的要害。触类旁通【变式1】原子核与氘核反响天生一个粒子跟一个质子。由此可知AA=2，Z=1B.A=2，Z=2C.A=3，Z=3D.A=3，Z=2【谜底】D【剖析】，使用品质数与电荷数的守恒，解得，谜底D。【变式2】2006年美国跟俄罗斯的迷信家应用盘旋减速器，经过钙48轰击锎249发作核反响，胜利剖析了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表华夏子序数最年夜的元素。试验阐明，该元素的原子核先放出3个一样的粒子X，再延续经过3次衰变后，酿成品质数为282的第112号元素的原子核，那么上述进程中的粒子X是A.中子B.质子C.电子D.粒子【谜底】A【剖析】因为在衰变的进程中品质数守恒，电荷数守恒依照电荷守恒定律可得，118-3×2-112=0，因而X粒子的电荷量为零再依照品质守恒，48+249-4×3-282=3，因而X粒子的品质数为1，因而该粒子为中子，故BCD过错，A准确应选A【变式3】现在广泛以为，质子跟中子基本上由被称为u夸克跟d夸克的两类夸克构成.u夸克带电荷量为，d夸克带电荷量为，e为基元电荷.以下论断中能够准确的选项是A质子由1个u夸克跟1个d夸克构成，中子由1个u夸克跟2个d夸克构成B质子由2个u夸克跟1个d夸克构成，中子由1个u夸克跟2个d夸克构成C质子由1个u夸克跟2个d夸克构成，中子由2个u夸克跟1个d夸克构成D质子由2个u夸克跟1个d夸克构成，中子由2个u夸克跟1个d夸克构成【谜底】B【剖析】由质子带一个单元正电荷，中子不带电，设质子中u夸克、d夸克个数分不是x、y，x、y取正整数，那么解得x=2、y=1；设中子中u夸克d夸克个数分不是m、n，m、n取正整数，那么解得m=1、n=2.应选B【变式4】现有三个核反响：以下说法准确的选项是A.是裂变，是衰变，是聚变B.是聚变，是裂变，是衰变C.是衰变，是裂变，是聚变D.是衰变，是聚变，是裂变【谜底】C【剖析】原子核的变更平日包含衰变、人工改变、裂变跟聚变.衰变是指原子核放出粒子跟粒子后，酿成新的原子核的变更，如斯题中的核反响；原子核的人工改变是指在别的粒子的轰击下酿成新的原子核的变更；裂变是重核决裂成品质较小的核，如核反响；聚变是轻核结剖析品质较年夜的核，如核反响；综上所述，C项准确.范例二、质能方程与核能的有关盘算【高清讲堂：原子核物理例3】例2、为留念爱因斯坦对物理学的宏年夜奉献，联合国将2005年定为“国际物理年。对于爱因斯坦提出的质能方程，以下说法中不准确的选项是AE=mc2阐明物体存在的能量与其品质成反比B依照E=mc2能够盘算核反响中开释的核能C一此中子跟一个质子结剖析氘核时，开释出核能，阐明此进程呈现了品质盈余DE=mc2中的E是发作核反响中开释的核能【思绪点拨】爱因斯坦质能方程的含意核反响进程中发作品质盈余会开释能量【谜底】D【剖析】A、爱因斯坦提出的质能方程E=mc2通知咱们，物体存在的能量与它的品质成反比故A准确B、E=mc2中m是盈余品质，E是开释的核能，故B准确C、核反响中假定品质盈余，就要开释能量，因而一个质子跟一此中子结剖析一个氘核时开释能量，阐明此进程呈现了品质盈余故C准确D、E=mc2中的E是物体存在的能量故D过错应选D【总结升华】了解了E=mc2跟E=mc2的各个量的物理意思，就能精确的选犯过错的选项.触类旁通【变式1】据新华社报道，由我国自行计划、研制的天下第一套全超导核聚变试验安装又称“天然太阳已实现了初次工程调试.以下对于“天然太阳的说法中准确的选项是A“天然太阳的核反响方程是B“天然太阳的核反响方程是C“天然太阳开释的能量巨细的盘算公式是D“天然太阳核能巨细的盘算公式是【谜底】AC【剖析】“天然太阳是应用海水中的跟聚变而发生少量热量的.放出的热量可应用爱因斯坦质能方程E=mc2求出，此中m为品质盈余，因而A、C项准确.而B项核反响方程是的裂变方程，因而B项过错.爱因斯坦质能方程是盘算品质m的粒子所存在的能量，并不是盘算因为核反响中品质盈余而发生的热量.因而D项过错.【变式2】在衰变中常伴有一种称为“中微子的粒子放出。中微子的性子非常特不，因而在试验中非常难探测。1953年，莱尼斯跟柯文建筑了一个由洪流槽跟探测器构成的试验零碎，应用中微子与水中的核反响，直接地证明了中微子的存在。1中微子与水中的发作核反响，发生中子跟正电子，即中微子+能够断定，中微子的品质数跟电荷数分不是。填写选项前的字母A0跟0B0跟1C1跟0D1跟12上述核反响发生的正电子与水中的电子相遇，与电子构成简直运动的全体后，能够转变为两个光子，即+2曾经明白正电子跟电子的品质都为9.1×10-31，反响中发生的每个光子的能量约为J.正电子与电子相遇不克不及够只改变为一个光子，缘故是。3试经过火析比拟，存在一样动能的中子跟电子的物资波波长的巨细。【谜底】1A2遵照动量守恒3粒子的动量，物资波的波长由，知，那么.【剖析】1发作核反响前后，粒子的品质数跟核电荷数均稳定，据此可知中微子的品质数跟电荷数分基本上0，A项准确。2发生的能量是因为品质盈余。两个电子改变为两个光子之后，质质变为零，由，故一个光子的能量为。正电子与水中的电子相遇，与电子构成简直运动的全体，故零碎总动量为零，故假如只发生一个光子是不克不及够的，因为此进程遵照动量守恒。3物资波的的波长为，要比拟波长需求将中子跟电子的动量用动能表现出来即，因为，因而，故。例3、2016天下卷在以下描绘的核进程的方程中，属于衰变的是，属于衰变的是，属于裂变的是，属于聚变的是。填准确谜底标号ABCDEF【谜底】C、AB、E、F【剖析】衰变的反响物只要一个，天生物有或；重核裂变的反响物是U核跟中子，天生中核；氢核聚变是轻核剖析为中核。触类旁通【变式1】江苏卷C.2核电站应用原子核链式反响放出的宏年夜能量进展发电，是常用的核燃料。受一此中子轰击后裂酿成跟两局部，并发生_此中子。要使链式反响发作，裂变物资的体积要_选填“年夜于或许“小于它的临界体积。3取质子的品质，中子的品质，粒子的品质，光速，请盘算粒子的联合能，盘算后果保存两位无效数字【谜底】23年夜于3【剖析】2由可知，会发生3此中子，要使裂变继续进展链式反响，物资的体积需年夜于它的临界体积。3构成粒子的核子与粒子的品质盈余联合能代入数据得【点评】此题考察原子核裂变，爱因斯坦质能方程。【变式2】一个质子跟一此中子聚变结剖析一个氘核，同时辐射一个光子。曾经明白质子、中子、氘核的品质分不为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。以下说法准确的选项是A.核反响方程是B.聚变反响中的品质盈余C.辐射出的光子的能量D.光子的波长【谜底】B【剖析】该核反响方程品质数不守恒，A错；聚变反响中的品质盈余，B对；聚变反响中盈余的品质转化为能量以光子的方法放出，故光子能量为，C错；依照因而光子的波长：，D错，应选B。【高清讲堂：原子核物理例4】例4、雷蒙德戴维斯因研讨来自太阳的电子中微子e而取得了2002年度诺贝尔物理学奖，他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯C2Cl4溶液的巨桶，电子中微子能够将一个氯核改变为一个氩核，其核反响方程式为，己知核的品质为36.95658u，核的品质为36.95691u，的品质为0.00055u，lu品质对应的能量为931.5MeV依照以上数据，能够推断参加上述反响的电子中微子的最小能量为A1.33MeVB0.82MeVC0.51MeV0.31MeV【思绪点拨】依照题意可知该核反响进程中品质添加，因而需求供给能量，依照质能方程求出反响所需能量，而后依照能量守恒即可求出中微子的最小能量【谜底】B【剖析】反响进程需求能量为：E=mc2=36.95691u+0.00055u-36.95658uc2依照lu品质对应的能量为931.5MeV，得：E0.82MeV，因而中微子的能量最小为0.82MeV，故ACD过错，B准确应选B【总结升华】此题考察了能量守恒在原子物理常识中的使用，要解答这类咨询题要害是在盘算上不要犯错。触类旁通【变式1】氘核跟氚核可发作热核聚变而开释宏年夜的能量，该反响方程为：，式中x是某种粒子。曾经明白：、跟粒子x的品质分不为2.0141u、3.0161u、4.0026u跟1.0087u；1u=931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反响方程跟数据可知，粒子x是_，该反响开释出的能量为_MeV后果保存3位无效数字【谜底】1中子17.6【剖析】依照并联合品质数守恒跟电荷数守恒知x为；由质能方程得【变式2】一运动的核经衰酿成为核的动能为几多MeV保存1位无效数字【谜底】0.07MeV【剖析】据题意知，此衰变的衰变方程为+，依照动量守恒定律得式中，跟分不为粒子跟Th核的品质，跟分不为粒子跟Th核的速率的巨细.由题设前提知由式得代入数据得，衰变后核的动能为【变式3】钚的喷射性同位素运动时衰变为铀核激起态跟粒子，而铀核激起态破刻衰变为铀核，并放出能量为的光子。曾经明白：、跟粒子的品质分不为、跟1写出衰变方程；2曾经明白衰变放出的光子的动量可疏忽，球粒子的动能。【谜底】12【剖析】1衰变方程为或合起来有2上述衰变进程的品质盈余为放出的能量为那个能量是铀核的动能、粒子的动能跟光子的能量之跟由式得设衰变后的铀核跟粒子的速率分不为跟，那么由动量守恒有又由动能的界说知由式得由式得代入题给数据得。