第三课时 核反应 核能
【教学要求】
1．知道原子核的组成和核力的概念；
2．理解核能的概念，知道获得核能的两种途径。
【知识再现】
一、核反应
1．某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应。
2．常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变和聚变等几种类型．
3．几种典型的核反应：
（1）卢瑟福发现质子的核反应方程为
_____________________________
（2）德威克发现中子的核反应方程为
_____________________________
（3）伊丽芙?居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应方程为
_____________________________
二、核力
1．把核子紧紧束缚在___________，形成稳定的原子核的力，称为核力。
2．核力的特点：
（1）核力与核子是否带电无关，质子与质子间、质子与中子间，中子与中子间都可以有核力作用．
（2）是一种强相互作用．
（3）是一种近程力（当两个核子间距r＜2×10-15m时才发生作用）．只有相邻的核子间才有核力作用．
三、核能（原子核的结合能）
1．克服核力做功，使原子核分解为单个核子时吸收的能量，或若干个单个核子在核力作用下结合成原子核时放出的能量，叫原子核的结合能，简称核能．
例如： H+ n→ H+△E（△E=2.22 MeV）
2．核能的计算
根据爱因斯坦的质能方程 E=mc2或△E=△mc2
3．核能获得的两种途径：
（1）重核的裂变：重核分裂成两个（或两个以上）中等质量核时要释放能量，这种核反应叫裂变．
（2）轻核的聚变：轻核结合成质量较大的核的变化．
知识点一对质能方程的理解
一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了，相应的总能量也要减少，根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的这部分能量也不会凭空产生，要由外部来供给。
【应用1】为纪念爱因斯坦对物理学的巨大贡献，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E=mc2，下列说法中不正确的是（ ）
A．E=mc2表明物体具有的能量与其质量成正比
B．根据ΔE＝Δmc2可计算核反应的能量
C．一个质子和一个中子结合成一个氘核时释放能量，表明此过程出现了质量亏损
D．E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能
导示: 质能方程的本质是：第一，质量或能量是物质的属性之一；第二，质能方程提示了质量和能量的不可分割性，方程建立了这两个属性在数值上的关系，这两个量分别遵守质量守恒和能量守恒，质量和能量在量值上的联系决不等于这两个量可相互转化；第三，质量亏损不是否定了质量守恒定律．生成的γ射线虽然质量为零但能量不为零。故选D。
物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量发生了相互转化。对质量亏损，切忌不能误解为这部分质量转变成了能量。
知识点二裂变与聚变
铀核裂变的反应为：
U+ n→ Xe+ Sr+ 2 n +217MeV
氘核和氚核聚合成氦核：
H＋ H→ He＋ n＋17.6MeV
【应用2】（07江苏省如东中学期末）2008年北京奥运会场馆周围80％～90％的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90％的洗浴热水将采用全玻真空太阳能集热技术。太阳能的产生是由于太阳内部所发生的一系列核反应形成的，其主要的核反应过程可表示为（ ）
A．
B．
C． D．
导示: 太阳能的产生是由于太阳内部进行着激烈热核反应（聚变反应），故选A。
类型一核反应方程的书写
写核反应方程的一般程序是：①先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置；②根据电荷数守恒和质量数守恒规律计算出未知核或未知粒子的电荷数与质量数；③根据未知核或未知粒子的电荷数判定它们是哪种元素或哪种粒子，并在核反应方程一般形式的适当位置写上它们的符号。
【例1】完成下列核反应方程，其中属于衰变的是_________属于人工转变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是__________。
A．
B．
C．
D．
导示:根据电荷数守恒和质量数守恒先完成核反应方程，然后根据核反应的类型即可判断出反应类型．
答案 B A C D
写核反应方程时的注意事项：
①对于核反应通常是不可逆的，方程中只能用箭头(→)，不能用等号(=)；
②在核反应过程中，遵循电荷教守恒、质量数守恒，但“质量数守恒”决不能说成“质量守恒”；
③核反应的依据是客观实验，有许多核反应的产物不是唯一的(如铀核裂变)．因此不能认为只要配平质量数和核电荷数就可随意编造反应式。
类型二核能的计算
核能的计算方法：（1）根据爱因斯坦的质能方程，用核子结合成原子核时质量亏损(△m)的千克数乘以真空中光速的平方(c=3X108m/s)即：△E=△mc2 ；（2）根据1原子质量单位(u)相当于931.5兆电子伏(MeV)能量，用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘以931.5 MeV，即：△E=△m×931.5MeV。
【例2】（07届南京市第一次调研测试）物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应.根据这一理论，在太阳内部4个氢核( )转化成一个氦核( )和两个正电子( )并放出能量.已知质子质量mP＝1.0073u，α粒子的质mα＝4.0015u，电子的质量me＝0.0005u． 1u的质量对应931.5MeV的能量。
（1）写出该热核反应方程
（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量?（结果保留四位有效数字）
导示:（1）4 → +2
（2）Δm＝4mP－mα－2me
=4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u
=0.0267u
则△E=△m×931.5MeV=0.0267u×931.5MeV/u =24.87 MeV
计算核能时需注意：使用公式△E=△mc2时，△m的单位是千克，△E的单位是焦耳；如果用△E=△m×931.5MeV时，△m的单位是原子质量单位（u,1u=1.660566×10-27kg），△E的单位是兆电子伏。
1．（07合肥市教学质量检测一）据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置（又称“人造太阳”）已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是（ ）
A．“人造太阳”的核反应方程式是
B．“人造太阳”的核反应方程式是
C．根据公式△E=△mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量比裂变反应大得多
D．根据公式E=mc2可知，核燃料的质量相同时，聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同
2．（07南京市金陵中学一模）在下列四个方程中，X1、X2、X3和X4各代表某种粒子，以下判断中正确的是（ ）
A．X1是α粒子 B．X2是质子
C．X3是中子 D．X4是电子
3．（07广东省汕尾市调研测试）中子 、质子 、氘核D的质量分别为mn、mp、mD，现用光子能量为E的γ射线照射静止氘核，使之分解，用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？
答案： 1．AC、 2．D、3．γ+ → + ；
［(mD－mp－mn)c2+E］。
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