核能
几个重要的核反应
核反应式
与其相关的重要内容
U→Th＋He
α衰变实质2H＋2n→He
Th→Pa＋e
β衰变实质n→H＋e
N＋He→O＋H
质子的发现(1919年)
卢瑟福
Be＋He→C＋n
中子的发现(1932年)
查德威克
Al＋He→P＋n
人工放射性同位素的发现
居里夫妇
P→Si＋e
正电子的发现(1934年)
居里夫妇
U＋n→Sr＋Xe＋10n
U＋n→Ba＋Kr＋3n
重核的裂变
H＋H→He＋n
轻核的聚变
核反应有以下几种情况：一是衰变，二是人工转变，三是裂变，四是聚变．核反应可用方程来表示，叫核反应方程．完成下列核反应方程，并指明它属于何种核反应．
(1)92U→90Th＋( )属________；
(2)Be＋( )→6C＋n，属________；
(3)H＋H→He＋( )，属________；
(4)92U＋n→Sr＋54Xe＋( )，属________．
【解析】 根据质量数和电荷数守恒可判定：
(1)中的未知核为He，该反应属衰变；
(2)中的未知核为He，该反应属人工转变；
(3)中的未知核为n，该反应属于聚变；
(4)中的未知核为10n，该反应属于裂变．
【答案】 见解析
1．(2013·陕西师大附中检测)1964年、1967年我国分别成功引爆了第一颗原子弹和氢弹，同时庄重承诺任何情况下决不首先使用核武器，决不向无核国家使用核武器．下列核反应方程表示两弹原理的是( )
A.N＋He→O＋H
B.U＋n→Sr＋Xe＋2n
C.U→Th＋He
D.H＋H→He＋n
【解析】 原子弹利用核裂变，而氢弹利用核聚变获得巨大核能，故B项对应原子弹的爆炸原理；D项对应氢弹的爆炸原理；A项为人工核转变；C项为核衰变反应．故答案为B、D.
【答案】 BD
核能的产生及计算
1.获得核能的途径
(1)重核裂变：重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个)中等质量的核的反应过程，重核裂变的同时放出几个中子，并释放出大量核能．为了使铀235裂变时发生链式反应，铀块的体积应达到它的临界体积．
重核的裂变：如U＋n→Sr＋Xe＋10n.
应用：原子弹、原子反应堆．
(2)轻核聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时释放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必须达到几百万度以上的高温，因此聚变反应又叫热核反应．
轻核的聚变：如：H＋H→He＋n.
应用：氢弹、可控热核反应．
2．核能的计算
重核的裂变和轻核的聚变，存在质量亏损，根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2，可以判断两种核反应都会向外释放能量，计算核能的方法如下：
(1)质能方程ΔE＝Δmc2是计算释放核能多少的主要方法，质量亏损Δm的确定是计算核能的关键．
(2)核反应中如无光子辐射，核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能。这种情况下的核能可由下列关系计算：反应前总动能＋反应过程中释放的核能＝反应后总动能．
已知氘核质量为2.013 6u，中子质量为1.008 7u，He核的质量为3.015 0 u.
(1)写出两个氘核聚变成He的核反应方程．
(2)计算上述核反应中释放的核能．
(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞，即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成的He核和中子的动能各是多少？
【解析】 (1)应用质量数守恒和核电荷数守恒，不难写出核反应方程为H＋H→He＋n.
(2)由题给条件可求出质量亏损为：
Δm＝[2.013 6×2－(3.015 0＋1.008 7)]u＝0.003 5 u
所以释放的核能
ΔE＝931.5×0.003 5 MeV＝3.26 MeV.
(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为He核和中子的动能，若设He核和中子的质量分别为m1、m2，动量分别为p1、p2，动能分别为Ek1、Ek2，氚核的动能为Ek0，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得
p1－p2＝0①
Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE②
由Ek＝得＝＝③
由①②③得：Ek1＝(2Ek0＋ΔE)＝0.99 MeV.
Ek2＝(2Ek0＋ΔE)＝2.97 MeV
【答案】 (1)H＋H→He＋n (2)3.26
2．一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核质量m1＝3.853 131×10－25 kg，钍核质量m2＝3.786 567×10－25 kg，α粒子的质量m3＝6.646 72×10－27 kg，该衰变过程中释放出的能量是多少焦耳？(保留两位有效数字)
【解析】 铀核衰变成钍核时的质量亏损：
Δm＝m1－(m2＋m3)
＝(3.853 131－3.786 567－0.066 467 2)×10－25 kg
＝9.68×10－30 kg.
所释放的能量根据爱因斯坦质能方程得：
ΔE＝Δm·c2＝9.68×10－30×(3.0×108)2 J＝8.7×10－13 J.
【答案】 8.7×10－13 J
课件16张PPT。几个重要的核反应 核能的产生及计算 课件56张PPT。教师用书独具演示演示结束 核力与核的稳定性 核子 短程力 2 fm 3 fm 200 N 非常强 库仑力 核素 两侧 Z 大于 结合能与质量亏损 原子核 释放 越难 对结合能与平均结合能的理解 核能的计算 综合解题方略——结合能和平均结合能 课时作业（十一） 课件53张PPT。教师用书独具演示演示结束 重核的裂变 分裂 中子 释放 链式反应 最小 裂变反应堆 维持 控制 堆芯 中子反射层 控制系统 中子 吸收 铀核的裂变及链式反应 裂变反应堆的认识 综合解题方略——重核裂变的特点及规律 课时作业（十二） 课件54张PPT。教师用书独具演示演示结束 轻核聚变及可控热核聚变反应 聚合 核力 磁约束 核能的利用及环境保护 反应堆 原子弹 氢弹 低 小得多 辐射性 核污染 轻核聚变反应的理解 核能的利用与环境保护 综合解题方略——聚变反应和裂变反应的比较 课时作业（十三）
第1节核力与核能
(教师用书独具)
●课标要求
知识与
技能
1.知道什么是核力，了解核力的特点．
2．认识原子核的结合能和质量亏损．
3．能应用质能方程进行计算．
过程与
方法
1.会根据质能方程和质量亏损的概念计算核反应中释放的核能；
2．培养学生的理解能力、推理能力、及数学计算能力．
情感态度
与价值观
1.使学生树立起实践是检验真理的标准、科学理论对实践有着指导和预见作用的能力．
2．认识开发和利用核能对解决人类能源危机的重要意义.
●课标解读
1．知道核力的概念、特点及自然界存在的四种基本相互作用．
2．了解核素的核素图，知道稳定原子核中质子与中子的比例随着原子序数的增大而减小．
3．了解结合能平均结合能的概念，知道两种释放核能的方式，知道核反应中的质量亏损．
4．知道爱因斯坦的质能方程，理解质量与能量是“对应”关系而不是“转化”关系．
●教学地位
本节是本章的第一节内容，可先通过有关核能的新闻报道或太阳中核反应对地球的作用，以及原子弹、核电站对人类生活的影响等激发学生的兴趣．告诉学生核能的两种释放方法，从而导入核力概念，讲解核素、结合能、平均结合能，掌握爱因斯坦质能方程并能进行计算．告诉学生全章结构以及本节和其他章节的关系．通过对核素图的分析，让学生掌握核素图的特点，了解轻核聚变和重核裂变都是核能的释放方式，并使学生建立物理学习和研究科学的方法.
(教师用书独具)
●新课导入建议
问题导入
提问1：氦原子核中有两个质子，质子质量为mp＝1.67×10－27kg，带电量为元电荷e＝1.6×10－19C，原子核的直径的数量级为10－15 m，那么两个质子之间的库仑斥力与万有引力两者相差多少倍？(两者相差1036倍)
提问2：在原子核那样狭小的空间里，带正电的质子之间的库仑斥力为万有引力的1036倍，那么质子为什么能挤在一起而不飞散？会不会在原子核中有一种过去不知道的力，把核子束缚在一起了呢？今天就来学习这方面的内容．
●教学流程设计
???
?
???
?
步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.知道什么是核力，了解核力的特点．
2．认识核素图及原子核的结合能和质量亏损．
3．能应用质能方程进行计算.
1.核素图的物理意义．(重点)
2．核能的计算．(重点)
3. 对结合能、平均结合能的理解．(难点)
核力与核的稳定性
1.基本知识
(1)核力
把原子核中的核子维系在一起的力．
(2)核力特点
①核力是短程力，作用范围在2_fm(1 fm＝10－15 m)左右，它不能延伸到3_fm以外．
②当两核子间距离减小时，核力也迅速减小，至一定值时，核力表现为斥力．
③核力是一种强相互作用，若两质子之间的距离为1 fm，库仑力是200_N左右，核力必须非常强才能抵消所有质子库仑力的作用．
(3)核素
具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子．
(4)核素图
用横坐标表示质子数，纵坐标表示中子数，每一种核素用一小方块表示，所得到的图象．
(5)核的稳定性
①核素的稳定区：几乎全落在一条曲线上，或紧靠曲线的两侧区域．
②稳定核素的中子数与质子数的关系：随着Z的增加，稳定核素的中子数越来越大于质子数．
2．思考判断
(1)原子核内的质子间均存在核力和库仑力．(×)
(2)稳定原子核的质子数总是与中子数相等．(×)
(3)对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用．(√)
3．探究交流
原子核是由中子和质子组成的，在原子核狭小的空间里，带正电的质子为什么能挤在一起而不飞散？
【提示】 组成原子核的相邻的核子间存在核力．
结合能与质量亏损
1.基本知识
(1)结合能
核子结合成原子核所释放的能量．
(2)平均结合能
①定义：平均每个核子的结合能．
②意义：平均结合能越大，原子核越难分离成单个核子．
(3)质量亏损
①质量亏损：任何一个原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，这一差值称为质量亏损．
②能量计算：质量亏损说明核子组成原子核放出能量，其大小为ΔE＝Δmc2.
2．思考判断
(1)原子核的核子数越多，平均结合能越大．(×)
(2)质量亏损是因为这部分质量转化为能量．(×)
3．探究交流
有人认为质量亏损就是核子的个数变少了，这种认识对不对？
【提示】 不对．在核反应中质量数守恒即核子的个数不变，只是核子组成原子核时，仿佛变“轻”了一些，原子核的质量总是小于其全部核子质量之和，即发生了质量亏损，核子的个数并没有变化.
对结合能与平均结合能的理解
【问题导思】
1．原子核越大越稳定吗？
2．结合能是原子核具有的能量吗？
3．平均结合能和结合能存在什么关系？
1．结合能
由于核子间存在着强大的核力，原子核是一个坚固的集合体．要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，或者需要巨大的能量．例如，用强大的γ光子照射氘核，可以使它分解为一个质子和一个中子．从实验知道只有当光子能量等于或大于2.19 MeV时，这个反应才会发生．同样，一个质子和一个中子结合成氘核，要放出2.19 MeV的能量．这表明要把原子核分开成核子要吸收能量，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫做原子核的结合能．
2．结合能和平均结合能
原子核是核子结合在一起构成的，要把核子分开，就需要能量，这就是原子核的结合能．结合能的大小可以用ΔE＝Δmc2进行计算．
对某种原子核，平均每个核子的结合能就是平均结合能．平均结合能的大小可以用得到．
(1)平均结合能的大小反映核的稳定程度，平均结合能越大，原子核就越难拆开，表示原子核越稳定．
(2)核子数较小的轻核与核子数较大的重核，平均结合能都比较小，中等核子数的原子核平均结合能较大．
(3)平均结合能较小的原子核转化成平均结合能较大的原子核时要释放能量．
原子核越大，它的结合能越高，有意义的是它的结合能与核子数之比，称为平均结合能，平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．
下列关于结合能和平均结合能的说法中，正确的是( )
A．核子结合成原子核吸收的能量或原子核拆解成核子放出的能量称为结合能
B．平均结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和平均结合能都大
D．中等质量的原子核的结合能和平均结合能均比轻核的要大
【解析】 核子结合成原子核所释放的能量叫做原子核的结合能，故A选项错误；核结合能除以质量数称为平均结合能，核结合能和平均结合能都是原子核稳定程度的量度，平均结合能越大，核越稳定．但不一定平均结合能越大，故B选项错误；质量中等的核，平均结合能最大约8.6 MeV，它们最为稳定，重核的平均结合能要小些，约7.6 MeV，故C选项错误，D选项正确．
【答案】 D
1．下列关于平均结合能的说法正确的是( )
A．核子数越多，平均结合能越大
B．核子数越多，平均结合能越小
C．结合能越大，平均结合能越大
D．平均结合能越大，原子核越稳定
【解析】 中等质量核的平均结合能比轻核和重核的平均结合能都大，故A、B、C均不正确．平均结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定，故D正确．
【答案】 D
核能的计算
【问题导思】
1．质量为m kg的物体具有mc2的能量吗？
2．质量和能量在一定条件下可以相互转化吗？
3．质量亏损是质量真正减少了吗？
1．质量亏损
科学家研究证明原子核的质量总是小于组成它的所有核子的质量之和，例如精确计算表明：氘核的质量比一个中子和一个质子的质量之和要小一些，这种现象叫做质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显地表现出来．
2．质能方程E＝mc2
爱因斯坦指出，物体的能量(E)和质量(m)之间存在着密切的关系，即E＝mc2，式中c为真空中的光速．爱因斯坦质能方程表明：物体所具有的能量跟它的质量成正比．由于c2这个数值十分巨大，因而物体的能量是十分可观的．
3．核能的计算
(1)核反应中释放或吸收的能量，可以先计算反应物和生成物的质量差，再用ΔE＝Δmc2进行计算．
(2)运用ΔE＝Δmc2时要注意统一单位．
(3)Δm是核反应前与核反应后的质量之差．
物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损并不是这部分质量消失或转变为能量，只是静止质量的减少．减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量，在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律．
已知氮核质量mN＝14.007 53 u，氧核质量mO＝17.004 54 u，氦核质量mHe＝4.003 87 u，质子质量mH＝1.008 15 u，试判断核反应N＋He→O＋H是吸能反应，还是放能反应？能量变化多少？
【审题指导】 由反应物和生成物的质量大小关系来判断反应是吸能反应还是放能反应，能量的多少可以用ΔE＝Δmc2来计算．
【解析】 先计算出质量亏损Δm，然后由1 u相当于931.5 MeV能量代入计算即可．
反应前总质量为mN＋mHe＝18.011 40 u，
反应后总质量为mO＋mH＝18.012 69 u.
因为反应中质量增加，所以此反应为吸能反应，所吸收的能量为
ΔE＝Δmc2
＝(18.012 69－18.011 40)×931.5 MeV
＝1.2 MeV.
【答案】 吸能反应 1.2 MeV
1．根据ΔE＝Δmc2进行计算一般有以下两种方法：①Δm的单位用千克，c＝3×108 m/s，此时能量ΔE的单位为焦耳；②Δm的单位为原子质量单位(u)，此时ΔE＝Δm×931.56 MeV.
2．1 u＝1.6606×10－27 kg，常用于质量的单位换算．
2．一个锂核(Li)受到一个质子的轰击，变成两个α粒子．已知质子的质量是1.673 6×10－27 kg，锂核的质量是11.650 5×10－27 kg，氦核的质量是6.646 6×10－27 kg.
(1)写出上述核反应的方程；
(2)计算上述核反应释放出的能量．(保留3位有效数字)
【解析】 (1)由质量数和电荷数守恒可得
Li＋H→2He.
(2)核反应的质量亏损
Δm＝mLi＋mp－2mα
＝(11.650 5×10－27＋1.673 6×10－27－2×6.646 6×10－27) kg＝3.09×10－29 kg.
释放的能量
ΔE＝Δmc2＝3.09×10－29×(3×108)2 J
＝2.78×10－12 J.
【答案】 (1)Li＋H→2He (2)2.78×10－12 J
综合解题方略——结合能和平均结合能
关于原子核的结合能与平均结合能，下列说法中正确的是( )
A．原子核的结合能等于核子与核子之间结合成原子核时核力做的功
B．原子核的结合能等于核子从原子核中分离，外力克服核力做的功
C．平均结合能是核子与核子结合成原子核时平均每个核子放出的能量
D．不同原子核的平均结合能不同，重核的平均结合能比轻核的平均结合能大
【规范解答】 原子核中，核子与核子之间存在核力，要将核子从原子核中分离，需要外力克服核力做功．当自由核子结合成原子核时，核力将做功，释放能量．对某种原子核，平均每个核子的结合能称为平均结合能．不同原子核的平均结合能不同．重核的平均结合能比中等质量核的平均结合能要小，轻核的平均结合能比稍重的核的平均结合能要小．综上所述，正确选项为A、B、C.
【答案】 ABC
以氘核为例辨析结合能与平均结合能
1．结合能的理解
一个中子和一个质子结合为一个氘核，会释放3.51×10－13 J能量，意味着将氘核内的中子和质子分开，必须克服核力做功3.51×10－13 J，这就是氘核的结合能．
2．平均结合能的理解
氘核内部的核子数N＝2，所以氘核的平均结合能为.
【备课资源】(教师用书独具)
粒子间的相互作用
物质世界运动变化多样性的根源在于自然界存在着四种基本相互作用，即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用．
强相互作用 存在于重子、介子等强子之间的基本相互作用．核子之间的核力是它的一个典型实例．强相互作用是一种短程力，作用范围为10－15 m量级，作用强度约为电磁相互作用的102倍．目前，对强相互作用的机制还不清楚．近年来发展的量子色动力学(QCD)能解释强相互作用的一些问题．这个理论认为强相互作用是通过胶子传递的．实验上已观察到胶子存在的迹象，但还没有直接的证据证明胶子的存在．
电磁相互作用 这是目前了解得最清楚的一种相互作用，量子电动力学(QED)可以对它进行精确的计算．电磁相互作用是一种长程力，作用于所有微观或宏观带电或带磁矩的物体之间．大到天体，小到10－18 m范围内，理论计算都跟实验事实符合得很好．量子电动力学认为，电磁相互作用是由电磁场的量子——光子传递的．
弱相互作用 广泛存在于轻子和轻子间、轻子和强子间、强子与强子间的一种基本相互作用．原子核的β衰变是它的一个实例．弱相互作用也是一种短程力，作用范围比强相互作用还要短，作用强度约为强相互作用的10－12倍．弱相互作用是通过质量很重的中间玻色子W±和Z0传递的，它们的质量分别为：m＝(80.9±1.5) GeV，m＝(95.6±1.4) GeV.
引力相互作用 支配着宏观物体运动变化，例如，天体运动规律的一种长程力．在微观领域里，引力相互作用远远弱于其他三种相互作用，以致实际上无法检验在微观领域里万有引力定律是否仍然正确．例如，根据万有引力定律考虑两个质子间的引力相互作用与它们间的强相互作用的强度之比仅为10－38.理论上，传递引力相互作用的量子是引力子．目前，实验上尚未发现引力子的存在.
1．下列说法中正确的是( )
A．质子与中子的质量不等，但质量数相等
B．两个质子之间，不管距离如何，核力总是大于库仑力
C．同一种元素的原子核有相同的质量数，但中子数可以不同
D．除万有引力外，两个中子之间不存在其他相互作用力
【解析】 质子和中子的质量不相等，但差别不大，质量数相等，故A对．核子之间的核力随距离变化而变化，并不总大于库仑力，故B错．同位素之间核电荷数相同，中子数不同，质量数也不同，故C错．核子之间除万有引力外，还可能存在核力、库仑力，故D错．
【答案】 A
2．核子结合成原子核或原子核分解为核子时，都伴随着巨大的能量变化，这是因为 ( )
A．原子核带正电，电子带负电，电荷间存在很大的库仑力
B．核子具有质量且相距很近，存在很大的万有引力
C．核子间存在着强大的核力
D．核子间存在着复杂的磁力
【解析】 只有核子间存在着强大的核力，才伴随着巨大的能量变化，所以选C.
【答案】 C
3．对结合能、平均结合能的认识，下列说法正确的是( )
A．一切原子核均具有结合能
B．自由核子结合为原子核时，可能吸收能量
C．结合能越大的原子核越稳定
D．平均结合能越大的原子核越稳定
【解析】 氢原子核只有一个质子不具有结合能，故A错；自由核子结合为原子核时，放出能量，故B错；平均结合能越大的原子核越稳定，故C错，D正确．
【答案】 D
4．2个质子和1个中子结合可以生成氦3，反应方程式：2H＋n―→He，已知每个质子的质量为1.007 277 u，中子的质量为1.008 665 u，氦He的质量为3.002 315 u．试求氦3的结合能．
【解析】 粒子结合前后的质量亏损为
Δm＝2×1.007 277 u＋1.008 665 u－3.002 315 u
＝0.020 904 u.
解法一：由爱因斯坦质能方程得，结合能为
E＝Δmc2
＝0.020 904×1.660 6×10－27×(3×108)2 J
≈3.124×10－12 J.
解法二：由于1 u相当于931.56 MeV，则结合能为
E＝0.020 904×931.56 MeV
≈19.47 MeV.
【答案】 3.124×10－12 J或19.47 MeV
1．核力具有下列哪些性质( )
A．核力是短程力，作用范围很小，只在相邻核子间发生
B．核力可能是引力，也可能是斥力．核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起
C．质子间、中子间存在核力，质子和中子间无核力
D．核力是一种强相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多
【解析】 根据该力的特点知，选项A、B、D正确．
【答案】 ABD
2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是 ( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果不断地增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
【解析】 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多，如果不断增大原子核，核内的库仑斥力不断增大，同时核力具有饱和性，所以原子核是不稳定的，故D项正确．
【答案】 D
3．(2013·三明检测)关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系
【解析】 质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算．
【答案】 BD
4．对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )
A．原子核内的核子间均存在核力
B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C．稳定原子核的质子数总是与中子数相等
D．对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用
【解析】 核力是短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；核力只作用于相邻的核子，随着质子数增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用，故C错误，D正确．
【答案】 D
5．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系正确的是( )
A．mα＝2mp＋2mn B．mα＜2mp＋2mn
C．mα＞2mp＋2mn D．以上关系都不对
【解析】 两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损．故正确选项为B.
【答案】 B
6．质子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)u·c2 B．(m1＋m2－M)u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
【解析】 在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错．
【答案】 C
7．(2012·福州检测)如图4－1－1所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中正确的是( )
图4－1－1
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量
【解析】 原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A正确，选项B错误．因为C、B核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量，所以选项C正确，选项D错误．
【答案】 AC
8．(2012·泉州检测)某核反应方程为H＋H→He＋X.已知H的质量为2.0136 u，H的质量为3.0180 u，He的质量为4.0026 u，X的质量为1.0087 u．则下列说法中正确的是( )
A．X是质子，该反应释放能量
B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量
D．X是中子，该反应吸收能量
【解析】 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得
H＋H→He＋X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量
m1＝2.0136 u＋3.0180 u＝5.0316 u，
反应后产物总质量
m2＝4.0026 u＋1.0087 u＝5.0113 u，
总质量减少，出现了质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程可知，该反应释放能量．故B正确．
【答案】 B
9．静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为( )
A.· B．0
C.· D.·
【解析】 由于动量守恒，因此反冲核和α粒子的动量大小相等，由Ek＝∝可知，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是·Eα，由质能方程得质量亏损是·.
【答案】 C
10．(2010·北京高考)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
【解析】 根据ΔE＝Δmc2解得
Δm＝＝ kg＝4.4×109 kg
题中数据109 kg最接近，故D项正确．
【答案】 D
11．(2012·江苏高考)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________．该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为________．
【解析】 n＋X―→H，由质量数和电荷数守恒知X为H.该反应为两个核子结合，所以此结合能为.
【答案】 n＋H―→H
12．已知：氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量为MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.002 6 u，氢核质量为MH＝1.008 15 u.
试判断：N＋He―→O＋H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？
【解析】 反应前的总质量
MN＋MHe＝14.007 53 u＋4.002 6 u＝18.010 13 u
反应后总质量
MO＋MH＝17.004 54 u＋1.008 15 u＝18.012 69 u
由于MN＋MHe即反应后总质量增加，所以该反应吸收能量．
由质能方程ΔE＝Δmc2得
ΔE＝(18.012 69－18.010 13)×1.660 6×10－27×(3×108)2 J≈3.83×10－13 J.
【答案】 吸收能量 能量变化3.83×10－13 J
第2节核裂变
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.知道什么是核裂变．
2．知道什么是链式反应．
3．了解裂变反应堆的工作原理．
过程与方法
通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力．
情感态度与价值观
激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系.
●课标解读
1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．
2．知道什么是链式反应，知道链式反应发生的条件．
3．会计算重核裂变过程中释放出的能量．
4．知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点．
●教学地位
本节在学生了解核能概念的基础上，进一步探讨释放核能的一条途径——重核的裂变．
有关重核裂变和链式反应的概念，初中已学过，教学中在初中内容的基础上结合前面学习的内容说明各种天然衰变也好，原子核的人工转变也好，反应中放出的能量不是由于功率大小而是粒子轰击原子核的概率太小，而不能用来作为有效利用巨大核能的手段．而裂变反应中的链式反应就使这种潜伏在核内的巨大能量被有效利用．
有关核反应堆和核电站的内容，学生在初中也学过，教学中最好指导学生学习阅读有关核反应堆和增值反应堆的内容，同时介绍我国近年来快速发展的核电情况，适时对学生进行爱国主义和爱科学教育.
(教师用书独具)
●新课导入建议
故事导入
大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟．大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等．我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解．
●教学流程设计
???
?
???
?
步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量．
2．知道什么是链式反应．
3．会计算重核裂变过程中释放出的能量．
4．知道什么是核反应堆．了解常用裂变反应堆的类型.
1.链式反应及其释放能量的计算．(重点)
2．重核裂变的核反应方程式的书写．(重点)
3．链式反应及重核裂变的理解．(难点)
重核的裂变
1.基本知识
(1)定义
重核分裂为质量较小的核，释放出能量的反应．
(2)条件
中子轰击铀核，一般分裂为质量差不多的两块．
(3)裂变能
核裂变释放的能量，也称核能或原子能．
(4)链式反应
当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子再引起其他铀核裂变，且能不断的继续下去，称为链式反应．
(5)反应产物
U裂变的产物多种多样，其中有代表性的有
n＋U→Sr＋Xe＋2n
n＋U→Ba＋Kr＋3n.
(6)临界体积
能够发生链式反应的铀块的最小体积．
2．思考判断
(1)原子核释放粒子的过程也是核裂变的过程．(×)
(2)用中子轰击重核使之分裂实现核裂变．(√)
(3)利用不可控的快中子轰击超过临界体积的铀块产生链式反应制成原子弹．(√)
3．探究交流
重核裂变反应是否满足电荷数守恒？是否满足质量数守恒？
【提示】 重核裂变反应属于核反应，满足电荷数守恒，质量数守恒．
裂变反应堆
1.基本知识
(1)核反应堆：能维持和控制核裂变的装置．
(2)核反应堆的构成：堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分．
①堆芯：由燃料棒、减速剂和冷却剂组成．
②中子反射层：反射核裂变中产生的中子，使其进一步参加链式反应．
③控制棒：用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．
2．思考判断
(1)核反应堆可以人工控制核反应速度．(√)
(2)减速剂的作用使快中子减速变成慢中子．(√)
(3)链式反应一旦形成无法进行人工控制．(×)
3．探究交流
核反应堆中的防护层的构造和作用是什么？
【提示】 核反应堆中的防护层一般由金属套、防止中子外逸的水层以及1 m～2 m厚的钢筋混凝土构成，可以有效地防止射线对人体及其他生命的侵害.
铀核的裂变及链式反应
【问题导思】
1．什么是裂变反应？
2．发生链式反应的条件是什么？
1．铀核的裂变
(1)两种典型的裂变反应：
U＋n→Ba＋Kr＋3n
U＋n→Sr＋Xe＋2n
(2)U核裂变释放的能量是巨大的，平均结合能是7.5 MeV.而中等质量的核的平均结合能是8.5 MeV，裂变反应中每个核子释放的能量约1 MeV.
2．裂变的解释
(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2～3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．
3．链式反应的条件
铀块的体积等于或大于临界体积(铀块的质量等于或大于临界质量)．
(2013·福州检测)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，所以核子数要减小
D．重核裂变为中等质量的核时，要发生质量亏损，放出核能
【解析】 根据重核发生裂变的条件和裂变释放核能的原理分析可知，裂变时因铀核俘获中子即发生核反应，是核能转化为其他形式能的过程．释放的能量是远大于其俘获中子时吸收的能量．链式反应是有条件的，即铀块的体积必须大于其临界体积，如果体积小，中子从铀块中穿过时，碰不到原子核，则链式反应就不会发生．在裂变反应中质量数、电荷数均守恒；即核子数守恒，所以核子数是不会减小的，因此选项A、B、C均错；重核裂变为中等质量的原子核时，发生质量亏损，从而释放出核能，故选D.
【答案】 D
1．(2013·重庆高考)铀是常用的一种核燃料，若它的原子核发生了如下的裂变反应：
U＋n→a＋b＋2n
则a＋b可能是( )
A.Xe＋Kr B.Ba＋Kr
C.Ba＋Sr D.Xe＋Sr
【解析】 利用质量数守恒和电荷数守恒可以判断出可能的核反应方程．选项A不满足电荷数守恒也不满足质量数守恒，选项C不满足电荷数守恒；选项B不满足质量数守恒；只有选项D正确．
【答案】 D
裂变反应堆的认识
【问题导思】
1．裂变核反应堆由哪几部分组成？
2．原子弹的反应和核反应堆的反应一样吗？
3．为什么用重水和石墨作为减速材料？
1．核反应堆的组成
核反应堆由堆芯、中子反射层、控制系统和防护层等部分组成．其中控制棒用能吸收慢中子的镉或硼钢制成，以控制链式反应的速度．之所以把它叫做“堆”，是因为世界上第一个核反应堆是用石墨块(用以控制反应速度)和金属铀块(反应燃料)一层一层交替地“堆”起来而构成的．
2．核反应堆与原子弹爆炸的比较
原子弹爆炸时链式反应的速度是无法控制的，为了用人工方法控制链式反应的速度，使核能比较平缓地释放出来，人们制成了核反应堆(核电站的核心设施)．核反应堆是人工控制链式反应的装置．
3．核电站发电的主要原理
核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高．水或液态的金属钠等流体在反应堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去．反应堆放出的热使水变成水蒸气，这些高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电．这一部分的工作原理和火力发电相同．
用水(轻水或重水)和石墨作为减速材料，放在燃料棒四周，使中子速度减慢以有助于铀235发生裂变．减速后的中子能量最后都变为热能，所以这种速度变慢的中子称为热中子．
(2013·海口检测)关于核反应堆中用镉棒控制反应速度的原理，下列说法正确的是( )
A．镉棒能释放中子，依靠释放的多少控制反应速度
B．用镉棒插入的多少控制快中子变为慢中子的数量
C．利用镉棒对中子吸收能力强的特点，依靠插入的多少控制中子数量
D．镉棒对铀核裂变有一种阻碍作用，利用其与铀的接触面积的大小控制反应速度
【解析】 镉棒不是离子源不会释放中子，A错误，也不是减速剂，不能使快中子变为慢中子，B、D错误，镉棒对中子有吸收作用，通过中子强度检测器检测，当反应太强时，控制棒能自动插入，多吸收中子，反之，自动抽出，少吸收中子，故C正确．
【答案】 C
2．在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是( )
A．使用浓缩铀
B．改变铀块的临界体积
C．通过自动控制装置，改变镉棒插入的深度，以控制反应速度
D．利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度
【解析】 利用控制系统吸收慢中子，控制链式反应的速度，C选项正确．
【答案】 C
综合解题方略——重核裂变的特点及规律
关于重核裂变，下列说法正确的是( )
A．重核裂变成中等核要吸收能量
B．中子进入铀块中时，一定能发生链式反应
C．重核裂变过程中质量数减少
D．较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出核能
【规范解答】 中等大小的原子核的平均结合能最大，这些核最稳定．如果使较重的核分裂成中等大小的核，核子的平均结合能会增加，可以释放出能量．由此知A错误，D正确．当一个中子引起一个铀核的裂变后，放出中子，放出的中子如果能引起其他铀核裂变，链式反应才能进行，B错误．核反应满足电荷数守恒和质量数守恒，C错误．
【答案】 D
重核裂变的特点及规律
1．反应特点：重核裂变成中等质量的核．
2．裂变过程满足质量数和电荷数守恒．
3．裂变过程中有质量亏损，放出能量．
4．利用裂变产生的中子轰击其他原子核，发生链式反应．
【备课资源】(教师用书独具)
揭开远古核反应堆的神秘面纱
20亿年前，十几座天然核反应堆神秘启动，稳定地输出能量，并安全运转了几十万年之久．为什么它们没有在爆炸中自我摧毁？是谁保证了这些核反应的安全运行？莫非它们真的如世间的传言那样，是外星人造访的证据，或者是上一代文明的杰作？通过对遗迹抽丝剥茧地分析，远古核反应堆的真相正越来越清晰地展现在我们面前．
1972年5月，法国一座核燃料处理厂的一名工人注意到了一个奇怪的现象．当时他正对一块铀矿石进行常规分析，这块矿石采自一座看似普通的铀矿．与所有的天然铀矿一样，该矿石含有3种铀同位素——换句话说，其中的铀元素以3种不同的形态存在，它们的原子量各不相同：含量最丰富的是铀238；最稀少的是铀234；而人们垂涎三尺、能够维持核链式反应的同位素，则是铀235.在地球上几乎所有的地方，甚至在月球上或陨石中，铀235同位素的原子数量在铀元素总量中占据的比例始终都是0.720%.不过，在这些采自非洲加蓬的矿石样品中，铀235的含量仅有0.717%！尽管差异如此细微，却引起了法国科学家的警惕，这其中一定发生过某种怪事．进一步的分析显示，从该矿采来的一部分矿石中，铀235严重缺斤短两：大约有200千克不翼而飞——足够制造6枚原子弹.
接连几周，法国原子能委员会的专家们都困惑不已．直到有人突然想起19年前的一个理论预言，大家才恍然大悟.1953年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的乔治·W·韦瑟里尔指出，一些铀矿矿脉可能曾经形成过天然的核裂变反应堆，这个观点很快便流行起来．其后不久，美国阿肯色大学的一位化学家黑田和夫计算出了铀矿自发产生“自持裂变反应”的条件．所谓自持裂变反应，即可以自发维持下去的核裂变反应，是从一个偶然闯入的中子开始的．它会诱使一个铀235原子核发生分裂，裂变产生更多的中子，又会引发其他原子核继续分裂，如此循环下去，形成连锁反应．
黑田和夫认为，自持裂变反应能够发生的第一个条件就是，铀矿矿脉的大小必须超过诱发裂变的中子在矿石中穿行的平均距离，也就是0.67米左右．这个条件可以保证，裂变的原子核释放的中子在逃离矿脉之前，就能被其他铀原子核吸收．
第二个必要条件是，铀235必须足够丰富．今天，即使是储量最大、浓度最高的铀矿矿脉也无法成为一座核反应堆，因为铀235的浓度过低，甚至连1%都不到．不过这种同位素具有放射性，它的衰变速率比铀238快大约6倍，因此在久远的过去，这种更容易衰变的同位素所占的比例肯定高得多．例如，20亿年前奥克罗铀矿脉形成的时候，铀235所占的比例接近3%，与现在大多数核电站中使用的、人工提纯的浓缩铀燃料的浓度大致相当．
第三个重要条件是，必须存在某种中子“慢化剂”，减慢铀原子核裂变时释放的中子的运动速度，从而使这些中子在诱使铀原子核分裂时，更加得心应手．最终，矿脉中不能出现大量的硼、锂或其他“毒素”，这些元素会吸收中子，因此可以令任何核裂变反应戛然而止．
最终，研究人员在奥克罗和邻近的奥克罗班多地区的铀矿中，确定了16个相互分离的区域——20亿年前，那里的真实环境，居然与黑田和夫描绘的大致情况惊人地相似.
1．(2010·上海高考)现已建成的核电站的能量来自于( )
A．天然放射性元素衰变放出的能量
B．人工放射性同位素放出的能量
C．重核裂变放出的能量
D．化学反应放出的能量
【解析】 核电站的核心设施就是核反应堆，核反应堆的核心技术就是用人工的方法控制重核裂变链式反应的速度，所以核电站的能量来自重核裂变放出的能量．
【答案】 C
2．下列关于重核裂变的说法中正确的是( )
A．裂变过程中释放能量
B．裂变过程中吸收能量
C．反应过程中质量增加
D．反应过程中质量减少
【解析】 重核裂变成两个或多个中等质量的原子核，质量减少，释放出能量．
【答案】 AD
3．(2013·保亭检测)下列核反应中，表示核裂变的是( )
A.92U―→90Th＋He
B.92U＋n―→56Ba＋Kr＋3n
C.P―→Si＋e
D.Be＋He―→6C＋n
【解析】 裂变是重核俘获中子后分裂成中等质量的原子核，同时还要放出几个中子的过程．
【答案】 B
4．利用重核裂变释放核能时选用铀235，主要因为( )
A．它比较容易发生链式反应
B．能自动裂变，与体积无关
C．铀核比较容易分裂成为三部分或四部分，因而放出更多的核能
D．铀235价格比较便宜，而且它裂变时放出的核能比其他重核裂变时放出的核能要多
【解析】 铀235俘获任何能量的中子都会发生裂变反应，吸收低能量的中子裂变的几率更大．
【答案】 A
5．(2013·广东高考)铀核裂变是核电站核能的重要来源，其一种裂变反应( )
A．上述裂变反应中伴随着中子放出
B铀块体积对链式反应的发生无影响
C．铀核的链式反应可人工控制
D．铀核的半衰期会受到环境温度的影响
【解析】 根据裂变反应的规律和影响半衰期的因素解决问题．裂变反应式中的
【答案】 AC
1．关于我国已建成的秦山和大亚湾两座核电站，下面说法中正确的是( )
A．它们都是利用核裂变释放原子能的
B．它们都是利用核聚变释放原子能的
C．一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能
D．两者的核燃料都是纯铀235
【解析】 现在所有的核电站都是用核裂变释放原子能的．
【答案】 A
2．关于原子核反应堆，下面哪种说法是正确的( )
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量
【解析】 核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收慢中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则A、B、D正确，C错误．
【答案】 ABD
3．(2013·三亚检测)核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的组成部分有( )
A．原子燃料，减速剂，冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料，减速剂，发热系统和传热系统
C．原子燃料，减速剂，碰撞系统和传热系统
D．原子燃料，中子源，原子能存聚系统和输送系统
【答案】 A
4．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
【解析】 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须等于或大于临界体积，如果组成铀块的体积小于临界体积，则不会产生链式反应．裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】 C
5．一个92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为：92U＋n―→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是( )
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2知裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
【解析】 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，由静质量变为动质量，但是其总质量数是不变的，C、D均错．
【答案】 A
6．(2013·漳州检测)一个铀235吸收一个中子后发生反应的方程式是：92U＋n―→54Xe＋Sr＋10n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )
A．(M－m1－m2)c2
B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2
D．(m1＋m2＋9m－M)c2
【解析】 铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.
【答案】 C
7．铀核裂变反应中的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋10n，已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )
A．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2) u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7) u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV
【解析】 质量亏损是反应物与生成物质量之差，差值可用“u”或“kg”作单位，前者直接用1 u的质量亏损放出931.5 MeV的能量计算，后者核能的单位是J，故B、D正确．
【答案】 BD
8．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏伽德罗常数)( )
A．NA×196 MeV
B．235 NA×196 MeV
C．235×196 MeV
D.×196 MeV
【解析】 由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的摩尔数为，因此1 g铀235释放的能量E＝×196 MeV，故D正确．
【答案】 D
9．(2013·三明检测)U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，还放出( )
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
【解析】 由n＋U→Xe＋Sr＋X，根据反应规律知Z＝0，A＝10，由于Z＝0，放出的是中子，故N＝10.
【答案】 C
10．用中子轰击铀核(U)，其中一个可能的反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．
各个核和中子的质量如下：
mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg，
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg，
试写出核反应方程，算出反应中释放的核能．
【解析】 此铀核裂变方程为
n＋U→Ba＋Kr＋3n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg，
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.
【答案】 n＋U→Ba＋Kr＋3n 3.215 7×10－11 J
11．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104 t TNT爆炸的能量(约8.4×1013 J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n＋201 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
【解析】 由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV的能量，1 mol铀核裂变放出的能量为
ΔE1＝6.02×1023×201 MeV＝1.936×1013 J
1 mol铀核的质量为0.235 kg，则原子弹中铀核的质量为m＝×0.235 kg＝×0.235 kg＝1.02 kg.
【答案】 1.02 kg
12．(2012·宁德检测)在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
(1)核反应方程式92U＋n―→56Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以mU、mBa、mKr分别表示92U、56Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座发电能力为P＝1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，核的质量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的92U的质量．
【解析】 (1)由反应方程可知：X为n，a为3，释放的能量为
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗235U的功率为P′＝＝＝2.5×106 kW，
电站每年消耗235U的能量为W＝Pt＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J.
每年消耗235U的质量为
M＝mU＝ kg＝1 105 kg.
【答案】 (1)n 3 (mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1 105 kg
第3节核聚变
第4节核能的利用与环境保护
(教师用书独具)
●课标要求
知识与技能
1.了解聚变的特点及条件．
2．了解核反应堆和核电站的基本原理．
3．了解核能利用的优势、危害及其防护措施．
过程与方法
通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力.
情感态度与价值观
1.通过学习，使学生进一步认识到科学技术的重要性，更加热爱科学、勇于献身科学．
2.认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力.
●课标解读
1．了解聚变反应的特点及其条件．
2．了解可控热核反应及其研究和发展，知道核电站的工作模式．
3．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量，如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景．
●教学地位
轻核的聚变也是核能释放的一条途径，聚变反应中，平均每个核子放出的结合能要比裂变中平均每个核子释放的能量大得多．但要让学生知道聚变反应要求条件很高，科学家正在研究和实验可控热核反应的装置．同时还要让学生了解热核反应在宇宙中是很普遍的，如太阳和许多恒星内部就进行着激烈的热核反应，但自然界中的热核反应不是人为控制的，我国在可控热核反应方面的实验处于世界前列．
有关核反应及核电站的内容学生初中已学过，教学中最好指导学生阅读有关核反应堆和增殖反应堆的内容，同时让学生树立一种观念，要一分为二的看清事物，核能可以造福人类，但也潜伏着对人类的危害和对环境的破坏作用.
(教师用书独具)
●新课导入建议
问题导入
大海航行靠舵手，万物生长靠太阳．没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类．太阳是靠什么为地球生命提供巨大的能量呢？
●教学流程设计
???
?
???
?
步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】
课 标 解 读
重 点 难 点
1.了解聚变反应的特点及其条件．
2.了解可控热核反应及其研究和发展．
3.了解核电站的构造和基本原理，了解核武器的种类．
4.了解核能利用的优势、危害及其防护措施.
1.轻核聚变反应的条件及其特点．(重点)
2.核聚变释放能量的计算．(重点)
3.约束方式的原理与特点．(难点)
轻核聚变及可控热核聚变反应
1.基本知识
(1)轻核聚变
采用轻核聚合成较重核引起结合能变化的方式可获得核能．这样的核反应称为轻核聚变．
(2)太阳内部核聚变的反应方程
H＋H→He＋n.
(3)核子聚变的条件
要使核子发生聚变，必须使核子接近核力能发生作用的范围．
(4)物质第四态——等离子态
高温等离子体的密度及维持时间达到一定值时才能实现聚变．
(5)约束等离子体的三种方式：引力约束、磁约束、惯性约束．
2．思考判断
(1)太阳中发生的是可控热核聚变反应．(×)
(2)轻核发生聚变反应不需要条件．(×)
(3)轻核发生聚变反应核子必须接近到核力发生作用的范围．(√)
3．探究交流
为什么制造氢弹必须要具有制造原子弹的能力？
【提示】 氢弹爆炸是热核反应，需要达到几百万摄氏度的高温才能进行，只有利用原子弹爆炸时的高温高压，才能使氢弹中的聚变材料达到热核反应的条件，故只有具备了制造原子弹能力的国家才能制造氢弹.
核能的利用及环境保护
1.基本知识
(1)核电站：将反应堆释放的核能转化为电能的发电厂．
工作流程：将反应堆释放的核能转化为蒸汽的内能，再利用蒸汽驱动汽轮机发电转化为电能．
燃料：反应堆以U为燃料．
(2)核武器：原子弹和氢弹是众所周知的两种核武器．
(3)核能的优势
①核能发电比燃煤发电的成本低．
②核电站对环境污染比燃煤发电小得多．
(4)核能利用存在的危害
①核废料的高辐射性．
②放射性物质泄漏，产生核污染．
③核武器威力巨大，不仅能摧毁生命，而且会使生态环境受到严重破坏．
2．思考判断
(1)太阳自身强大的引力把高温等离子体约束在一起，维持了其内部的热核反应进行．(√)
(2)磁压缩装置中的环形线圈通电后可以产生磁场，将等离子体约束在环形真空室内．(√)
(3)目前，可控热核聚变已经被广泛应用于核电站发电．(×)
3．探究交流
原子弹和氢弹的原理有何不同？
【提示】 (1)原子弹是一种没有减速剂、不加控制的爆炸性链式反应装置．
(2)氢弹是一种靠惯性约束、不需人工控制而实现聚变的反应装置，它利用H和H迅速地聚变成He，产生比原子弹更为强烈的爆炸．
轻核聚变反应的理解
【问题导思】
1．聚变反应过程中平均结合能如何变化？
2．聚变反应发生的条件是什么？
3．氢弹是轻核聚变反应吗？
1．从平均结合能的图线看，聚变后平均结合能增加，因此反应中会释放能量．
例如：H＋H―→He＋n＋17.51 MeV
2．聚变发生的条件
要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10－15 m，但是原子核是带正电的，要使它们之间的距离接近10－15m就必须克服很大的库仑斥力作用，这就要求原子核应具有足够的动能，方法是给原子核加热，使其达到几百万度的高温．
3．氢弹
氢弹是一种利用轻核聚变反应，在瞬间放出巨大能量的装置．由于轻核聚变需要几百万度的高温才能进行，所以先利用原子弹爆炸达到这样高的温度，在高温高压下，进而使核燃料发生核反应，原子弹爆炸时产生的高温，可以使其中的轻核发生如下核反应
H＋H―→H＋H＋4.0 MeV
H＋H―→He＋n＋17.51 MeV
H＋H―→He＋n＋3.25 MeV
He＋H―→He＋H＋18.3 MeV
所以氢弹爆炸时能释放更为巨大的能量．
一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.007 3 u，中子质量mn＝1.008 7 u，氚核质量m＝3.018 0 u.
(1)写出聚变方程；
(2)求释放出的核能多大？
(3)求平均每个核子释放的能量是多大？
【审题指导】 (1)根据电荷数守恒和质量数守恒写核反应方程．
(2)根据已知质量计算出核反应中的质量亏损．
(3)根据爱因斯坦质能方程求释放的核能．
【解析】 (1)聚变方程：H＋2n→H.
(2)质量亏损
Δm＝mH＋2mn－m
＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0)u＝0.006 7u，
释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.006 7×931.5 MeV＝6.24 MeV.
(3)平均每个核子放出的能量为 MeV＝2.08 MeV.
【答案】 (1)H＋2n―→H
(2)6.24 MeV (3)2.08 MeV
1．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”的核反应方程是H＋H―→He＋n
B．“人造太阳”的核反应方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n
C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2
D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝mc2
【解析】 “人造太阳”发生的是氢核聚变，所以核反应方程式为H＋H―→He＋n，而B选项中的核反应是核裂变，故错误；“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2，而核能大小的计算公式为E＝mc2，故选项A、C正确．
【答案】 AC
核能的利用与环境保护
【问题导思】
1．核能与常规能源相比有哪些明显优势？
2．如何解决核能利用与环境保护的关系？
3．怎样才能很好的处理核废料？
1．核能利用
核原料提供的能量巨大，1 kg铀释放的全部能量大约相当于2 700 t标准煤完全燃烧放出的能量．地球上的常规能源一般都无法跟核能相比．除铀外，钍也是一种裂变材料，它比铀更丰富，如果能把钍利用起来，核电的发展前景将更为广阔．热核反应所需的氘更是储量丰富．核原料的运输和储存方便，如：一座100万千瓦核电站一年所需原料铀，只需6辆卡车就可全部运到现场．
核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护．
2．环境保护
核电站为防止放射性物质的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化铀陶瓷体燃料芯块滞留裂变产物，外面密封锆合金包壳，第三道是压力边界，第四道是安全壳．这些措施大大提高了核能利用的安全性．
3．废料处理
对核废料先回收利用，剩下的废料就很少了，将其中低放射性废料进行沥青固化或水泥固化后，储存在地下浅层废料库，对高放射性的废料采用玻璃固化后，埋藏在深层废料库．加之实时监测等措施都降低了对环境污染的可能性．
4．核电站
(1)原理
原子核的链式反应是在人工控制下进行．释放的核能转化为内能，再由蒸汽轮机带动发电机转化为电能，使核能为人类和平建设服务．
(2)优点
①核能发电比燃煤发电的成本低，一座百万千瓦级的核电站，一年只消耗浓缩铀30 t左右，而同样功率的燃煤发电站每年要消耗250万吨优质煤．
②核电站对环境的污染要比燃煤发电小得多．
关于核能的利用，下列说法正确的是( )
A．现在的核电站既有裂变反应堆也有聚变反应堆
B．在地球上，人类还无法实现聚变反应
C．当人类实现了受控核聚变，稳定输出核能时，世界就会克服“能源危机”
D．世界现有核电站能够进行聚变反应而输出核能
【解析】 现有核电站均为重核裂变反应释放能量．而裂变反应和聚变反应的条件不同，现在的核电站不能进行聚变反应，故A、D错误；虽然人类已经掌握了聚变反应的技术．但还不能实现大规模的受控核聚变，故B错误；由于地球上储备有大量的聚变原料，一旦实现受控核聚变，世界将不再存在“能源危机”，故C正确．
【答案】 C
2．为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策，在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4 000万千瓦的水平，请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是( )
A．核能发电对环境的污染比火力发电要小
B．核能发电对环境的污染比火力发电要大
C．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能
D．所有核电站既有重核裂变，又有轻核聚变释放大量的原子能
【解析】 目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故A、C正确，B、D错．
【答案】 AC
综合解题方略——聚变反应和裂变反应的比较
以下说法正确的是( )
A．聚变是裂变的逆反应
B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量
C．聚变须将反应物加热至数百万度以上高温，显然是吸收能量
D．裂变与聚变均可释放巨大能量
【规范解答】 聚变是轻核聚合成次轻核，裂变是重核分裂成中等质量的核，二者无直接关系，故A错．聚变和裂变在能量流向上也无直接关系，故B错．核聚变反应是热核反应，需数百万度的高温，但聚变反应一旦开始所释放的能量就远大于所吸收的能量，因此聚变反应还是释放能量的，故C错、D正确．
【答案】 D
反应方式
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
放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大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
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235U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.1 L海水中大约有0.03 g氘，如果用来进行热核反应放出的能量约和燃烧300 L汽油相当
可控性
速度比较容易进行人工控制，现在的核电站还都是用裂变反应释放核能
目前，除氢弹以外，人们还不能控制它
【备课资源】(教师用书独具)
热聚变堆
现在，物理学家终于成功研制出了热聚变堆．凭着对聚变反应的研究，我们有望摆脱核裂变发电厂带来的诸多问题——比如核废料，核武原料，亦或是炉心熔解．最前沿的在建聚变反应堆是ITER，国际热核聚变试验反应堆．其核心，托卡马克反应装置用磁场约束氘和氚，再用微波将其加热到15亿摄氏度．该热量可以驱动涡轮机，进而发电．若于2019年建成后，ITER的发电能力将达到五十万千瓦，但是——ITER只供实验使用．真正想等发电用的聚变堆，最乐观的估计也要到2040年．
另外，如果想要完全将聚变堆用于发电，还需要解决两个问题：一是什么材料能够挡住反应副产物带来的高强度的辐射，二是重达10 t的零部件应该由怎样的机器人去替换.
1．关于核能的利用，下列说法正确的是( )
A．核电站的反应堆将释放的核能转化为蒸汽的内能，再转化为电能
B．采用“内爆法”促使链式反应，做成的原子弹设计难度大，但材料利用率高
C．核电站对环境的污染比燃煤发电大
D．核燃料的危害主要是其具有放射性
【解析】 核电站的能量转化过程为核能到内能再到电能，A正确．“内爆法”难度大，但材料利用率高，B正确．核电站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成温室效应或酸雨的气体及烟尘，有利于环境保护，C错误．放射性对人体和环境都有危害，D正确．
【答案】 ABD
2．(2013·芜湖检测)科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)．它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反应的方程式为He＋He―→2H＋He.关于He聚变下列表述正确的是( )
A．聚变反应不会释放能量
B．聚变反应产生了新的原子核
C．聚变反应没有质量亏损
D．目前核电站都采用He聚变反应发电
【解析】 聚变反应时将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量．但目前核电站都采用铀核的裂变反应．因此B正确．
【答案】 B
3．(2012·榆林检测)北京成功地举办了一届“绿色奥运”，场馆周围80%～90%的路灯将利用太阳能发电技术，奥运会90%的洗浴热水采用了全玻璃真空太阳能集热技术．太阳能是由太阳内部热核聚变反应形成的，其核反应主要是( )
A．4H―→He＋2e
B.N＋He―→O＋H
C.U＋n―→Xe＋Sr＋10n
D.U―→Th＋He
【解析】 热核聚变是指轻核结合为质量较重的核的反应，故A正确；B项中为实现原子核人工转变的反应．C项中为裂变反应，D项中为衰变，均不属聚变反应．故B、C、D不正确．
【答案】 A
4．(2013·西安一中检测)核电站与原子弹都是利用核裂变释放的能量．
(1)核电站的工作原理是利用反应堆释放的________产生蒸汽，蒸汽再驱动汽轮发电机产生________；
(2)广岛原子弹“小男孩”释放的能量为2万吨TNT，如果1 g铀235完全裂变产生的能量为8.2×1010 J，并假定能量全部释放出来，那么“小男孩”要消耗多少铀235？(1 kgTNT＝4.2×106 J)
【解析】 (1)核电站把裂变的核能转化为电能．
(2)2万吨TNT的能量值
E1＝2×104×103×4.2×106 J＝8.4×1013 J.
消耗的铀235
m＝＝ g≈1.0×103 g＝1.0 kg.
【答案】 (1)核能 电能
(2)1.0 kg
1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定多
C．聚变反应中粒子的平均结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变多
【解析】 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．
【答案】 B
2．太阳每秒辐射出来的能量约为3.8×1026 J，这些能量是( )
①重核的裂变反应中产生的 ②轻核的聚变反应中产生的 ③原子核的衰变反应中产生的 ④热核反应中产生的
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
【解析】 由于太阳的主要成分是氢，它释放出的巨大能量来源于氢核的聚变反应．这一反应又叫热核反应，故D正确．
【答案】 D
3．(2013·青岛二中检测)关于核电站，以下说法正确的是( )
A．核电站中的核反应是无法控制的
B．目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核聚变
C．采用增殖反应堆可以使核原料充分利用
D．核电站使用过的核燃料还可以在火力发电厂中二次利用
【解析】 目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核裂变，其反应是可以通过控制棒控制反应速度的，A、B均错．采用增殖反应堆可以充分利用铀235之外的原料从而放出更多能量，C对．核废料具有放射性，不能再通过燃烧的方式二次发电，D错．
【答案】 C
4．聚变与裂变相比，下列说法正确的是( )
A．聚变比裂变产能效率高
B．在目前情况下，使原子核聚变要比裂变容易
C．原子弹的燃料是235U
D．氢弹的原理是核的聚变，需由原子弹来引爆
【解析】 聚变比裂变的平均结合能大，故A正确；在目前的条件下，核裂变要比核聚变容易很多，故B错；原子弹利用的核裂变燃料为235U，氢弹利用的核聚变需原子弹引爆，故C、D正确．
【答案】 ACD
5．一个氘核(H)与一个氚核(H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( )
A．吸收能量，生成的新核是 He
B．放出能量，生成的新核是 He
C．吸收能量，生成的新核是He
D．放出能量，生成的新核是He
【解析】 一个氘核与一个氚核发生聚变的核反应方程是：H＋H―→He＋n，有质量亏损要放出能量，故只有B正确．
【答案】 B
6．(2013·龙岩检测)我国在极其困难的情况下，完成了“两弹一星”，长了中国人的志气，打破了西方的核讹诈．下列核反应方程中，属于研究两弹的基本核反应方程的是( )
A.N＋He―→O＋H
B.U＋n―→Sr＋ Xe＋10n
C.U―→Th＋He
D.H＋H―→He＋n
【解析】 “两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，B选项正确，氢弹的核反应方程是轻核聚变，D选项正确．
【答案】 BD
7．1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的HT-7型超导托卡马克(Tokamak)，托卡马克是研究受控核聚变的一种装置，根据以上信息，下述判断中错误的是( )
A．反应原理是氢的原子核在装置中聚变成氦核，同时释放大量能量，与太阳发光的原理相类似
B．线圈的作用是通电线圈产生磁场使氦核等带电粒子在磁场中旋转而不溢出
C．这种装置与核电站所使用核装置的反应原理相同
D．这种装置可以控制热核反应的速度，使聚变能缓慢而稳定地释放
【解析】 太阳发光原理是轻核聚变，A正确；通电线圈产生磁场能约束氦核不溢出，B正确；核电站核反应原理是重核裂变，C错误；这种装置实现了可控核聚变，D正确．
【答案】 C
8．在发生2H→He＋n＋3.26 MeV中，若有2 g氘核全部发生聚变，则释放的能量是(NA为阿伏加德罗常数)( )
A．0.5×3.26 MeV B．3.26 MeV
C．0.5NA×3.26 MeV D．NA×3.26 MeV
【解析】 由聚变反应方程知道，两个氘核聚变放出3.26 MeV的能量，2 g氘核中有NA个氘核，所以，2 g氘核发生聚变，释放的能量是0.5NA×3.26 MeV，C项正确．
【答案】 C
9．(2013·威海高二检测)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个6C核，6C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u．已知1 u＝1.66×10－27 kg，则( )
A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.007 8 u
B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.29×10－29 kg
C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV
D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J
【解析】 由题目可得此核反应的方程为3 He―→C＋ΔE，则反应前后的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8×1.66×10－27 kg＝1.29×10－29 kg，由质能方程ΔE＝Δm·c2＝1.29×10－29×(3.0×108)2 J＝1.161×10－12 J＝7.26 【答案】 ABC
10．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
【解析】 (1)核反应方程：4H―→He＋X，而X只能是2个正电子，因此核反应方程应为4H―→He＋2e.
(2)反应前的质量m1＝4mp＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.56 MeV＝24.78 MeV.
(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得，太阳每秒减少的质量Δm＝＝ kg＝4.2×109 kg.
【答案】 (1)4H→He＋2e
(2)24.78 MeV (3)4.2×109 kg
11．每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率是多大？(每个铀核裂变放出的能量是200 MeV)
【解析】 220 g铀235中含铀核数量为
N＝×6.02×1023个＝5.64×1023个
N个铀核裂变放出能量为
E总＝5.64×1023×200 MeV＝1.13×1026 MeV
转化成电能为
E有＝E总×25%＝2.83×1025 MeV＝2.83×1025×106×1.6×10－19 J＝4.53×1012 J
一昼夜时间为t＝24×3 600 S＝86 400 S
所以电功率P＝＝ W＝5.24×107 W.
【答案】 5.24×107 W
综合检测(四)
第4章 核能
(分值：100分 时间：60分钟)
一、选择题(本大题共7个小题，每小题6分．每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分．)
1．关于核力，下列说法中正确的是( )
①原子核内每个核子只跟与它们相邻的核子间才有核力作用 ②按性质分核力属万有引力 ③核力对核子做正功，原子核要释放核能 ④原子核内的某一核子与其他核子间都有核力作用
A．①③ B．②④ C．①② D．③④
【解析】 核力是强相互作用，故②错．核力只在2.0 ×10－15 m短距离起作用，所以①对④错．核力结合成原子核时，核力对核子做正功，放出一定的能量，③对，选A.
【答案】 A
2．热核反应是一种理想能源的原因是( )
A．就每一个核子平均来说，比重核裂变时释放的能量多
B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理
C．热核反应的原料在地球上储量丰富
D．热核反应的速度容易控制
【解析】 聚变反应平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3～4倍，且其原料均为氢的同位素，在地球上储量极为丰富，其放射性污染也较裂变轻．但是，目前只是能够让轻核聚变发生，还不能控制聚变反应的速度、和平利用聚变时释放的核能．故正确选项为A、B、C.
【答案】 ABC
3．目前核电站利用的核反应是( )
A．裂变，核燃料为铀 B．聚变，核燃料为铀
C．裂变，核燃料为氘 D．聚变，核燃料为氘
【解析】 目前核电站是利用重核U裂变释放核能来发电．核反应方程为U＋n→Ba＋Kr＋3n，故选A项．
【答案】 A
4．(2010·广东高考)关于核衰变和核反应的类型，下列表述正确的有( )
A.U→Th＋He是α衰变
B.N＋He→O＋H是β衰变
C.H＋H→He＋n是轻核聚变
D.Se→Kr＋2e是重核裂变
【解析】 据核反应各类型特点可知：A、D项均为衰变，A中放出α粒子，A正确，D错误．B项为人工转变，B错误，C项为轻核聚变．C正确．
【答案】 AC
5．(2013·龙岩检测)某原子核X吸收一个中子后，放出一个电子，分裂为两个α粒子．由此可知( )
A．A＝7，Z＝3
B．A＝7，Z＝4
C．A＝8，Z＝3
D．A＝8，Z＝4
【解析】 核反应方程为X＋n→e＋2He，
根据核反应遵循质量数和电荷数守恒，可知A＝7，Z＝3，故A项正确．
【答案】 A
6．中子n、质子p、氘核D的质量分别为mn、mp、mD.现用光子能量为E的γ射线照射静止的氘核使之分解，反应方程为γ＋D＝p＋n.若分解后的中子、质子的动能可视为相等，则中子的动能是( )
A.[(mD－mp－mn)c2－E]
B.[(mp＋nn－mD)c2＋E]
C.[(mD－mp－mn)c2＋E]
D.[(mp＋mn－mD)c2－E]
【解析】 根据能的转化与守恒定律可知E＋Δmc2＝2Ek，得Ek＝(E＋Δmc2)＝[(mD－mn－mp)c2＋E]，故C正确．
【答案】 C
7．关于原子核的结合能，下列说法正确的是( )
A．原子核的结合能等于使其完全分解成自由核子所需的最小能量
B．一重原子核衰变成α粒子和另一原子核，衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能
C．铯原子核(Cs)的结合能小于铅原子核(Pb)的结合能
D．比结合能越大，原子核越不稳定
【解析】 原子核分解成自由核子时，需要的最小能量就是原子核的结合能，选项A正确．重核衰变时释放能量，衰变产物更稳定，即衰变产物的比结合能更大，衰变前后核子数不变，所以衰变产物的结合能之和一定大于原来重核的结合能，选项B正确．铯核的核子数比铅核的核子数少，其结合能也小，选项C正确．比结合能越大，原子核越稳定，选项D错误．自由核子组成原子核时，需放出能量，因此质量亏损产生的能量小于原子核的结合能，选项E错误．
【答案】 ABC
二、非选择题(本大题共5小题，共58分．按题目要求作答．解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分．有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位．)
8．(8分)质子、中子和氘核的质量分别为m1、m2、m3，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克常量h，真空中的光速为c，则γ射线的频率为________．
【解析】 反应前后的质量亏损为m1＋m2－m3，释放的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，射线的能量为hν＝(m1＋m2－m3)c2，所以射线的频率就是ν＝(m1＋m2－m3)c2/h.
【答案】 (m1＋m2－m3)c2/h
9．(10分)(2013·杨陵模拟)1993年，中国科学院上海原子核研究所制得了一种新的铂元素的同位素Pt，制取过程如下：
(1)用质子轰击铍Be产生快中子，核反应方程：______________________________；
(2)用快中子轰击汞Hg，反应过程可能有两种：
①生成Pt，放出氦原子核，核反应方程：__________________________；
②生成Pt，放出质子、中子，核反应方程：___________________________；
(3)生成的铂Pt发生两次β衰变，变成稳定的原子核汞Hg，核反应方程：____，
________________________________________________________________________.
【答案】 (1)Be＋H―→B＋n
(2)①Hg＋n―→Pt＋He；
②Hg＋n―→Pt＋2H＋n
(3)Pt―→Au＋e；Au―→Hg＋e
10．(2013·山东高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应，当温度达到108 K时，可以发生“氦燃烧”．
(1)完成“氦燃烧”的核反应方程：He＋________→Be＋γ.
(2)Be是一种不稳定的粒子，其半衰期为2.6×10－16s.一定质量的Be，经7.8×10－16s后所剩Be占开始时的________．
【解析】 (1)根据电荷数的守恒和质量数守恒有：
He＋He→Be＋γ
(2)根据半衰期的意义有m＝
t＝7.8×10－16 s，T＝2.6×10－16 s
得＝
【答案】 (1)He(或α) (2)(或12.5%)
11．(14分)已知92U(质量为235.043 9 u)裂变后生成56Ba(质量为140.913 9 u)和Kr(质量为91.897 3 u)同时放出3个中子(每个中子质量为1.008 7 u)．
(1)写出核反应方程；
(2)求1 kg铀全部裂变所放出的能量相当于多少优质煤完全燃烧时放出的能量？(1 kg优质煤完全燃烧时能产生3.36×107 J的热量)
【解析】 (1)92U＋n―→56Ba＋Kr＋3n.
(2)质量亏损为：
Δm＝(mU＋mn)－(mBa＋mKr＋3mn)
＝(235.043 9＋1.008 7)u－(140.913 9＋91.897 3＋3×1.008 7) u＝0.215 3 u.
释放的核能为：
ΔE0＝Δmc2＝0.215 3×931.56 MeV≈201 MeV，
已知235 g铀有6.02×1023个铀核，那么1 kg铀内大约有×6.02×1023＝2.56×1024个铀核，
由此可知1 kg铀全部裂变放出能量为ΔE＝2.56×1024×201 MeV＝5.14×1026 MeV＝5.14×1032 eV＝8.2×1013 J，
则相当于优质煤的质量为：
M＝ kg＝2.44×106 kg.
【答案】 (1)U＋n→Ba＋Kr＋3n
(2)2.44×106 kg
12．(14分)太阳现正处于主序星演化阶段，它主要是由正、负电子和H、He等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是4H→He＋2e＋E(释放的核能)，这些核能最后转化为辐射能．根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由H核组成，太阳质量M＝2×1030 kg，日地中心距离r＝1.5×1011 m.
(1)已知质子质量mp＝1.672 6×10－27 kg，He质量mα＝6.645 8×10－27 kg，电子质量me＝0.9×10－30 kg，光速c＝3×108 m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能．
(2)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W＝1.35×103 W/m2.试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命(估算结果只要一位有效数字)．
【解析】 (1)根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为
ΔE＝(4mp－2me－ma)c2≈4×10－12 J.
(2)根据题给假定，在太阳继续保持在主序星阶段的时间内，发生题中所述的核聚变反应的次数为N＝×10%.
因此，太阳总共辐射的能量为E＝NΔE.
设太阳辐射是各向同性的，则每秒内太阳向外放出的辐射能力为ε＝4πr2W，
所以太阳继续保持在主序星的时间为t＝.
由以上各式解得t＝，
以题给数据代入，并以年为单位，可得t≈1×1010年＝1百亿年．
【答案】 见解析.
1．核力具有下列哪些性质( )
A．核力是短程力，作用范围很小，只在相邻核子间发生
B．核力可能是引力，也可能是斥力．核力把核子紧紧束缚在核内，形成稳定的原子核，但又不会融合在一起
C．质子间、中子间存在核力，质子和中子间无核力
D．核力是一种强相互作用力，在其作用范围内，核力比库仑力大得多
【解析】 根据该力的特点知，选项A、B、D正确．
【答案】 ABD
2．关于原子核中质子和中子的说法，正确的是 ( )
A．原子核中质子数和中子数一定相等
B．稳定的重原子核里，质子数比中子数多
C．原子核都是非常稳定的
D．由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，如果不断地增大原子核，形成的核也一定是不稳定的
【解析】 自然界中较轻的原子核，质子数与中子数大致相等，但对于较重的原子核，中子数大于质子数，越重的元素，两者相差越多，如果不断增大原子核，核内的库仑斥力不断增大，同时核力具有饱和性，所以原子核是不稳定的，故D项正确．
【答案】 D
3．(2013·三明检测)关于质能方程，下列哪些说法是正确的( )
A．质量减少，能量就会增加，在一定条件下质量转化为能量
B．物体获得一定的能量，它的质量也相应地增加一定值
C．物体一定有质量，但不一定有能量，所以质能方程仅是某种特殊条件下的数量关系
D．某一定量的质量总是与一定量的能量相联系
【解析】 质能方程E＝mc2表明某一定量的质量与一定量的能量是相联系的，当物体获得一定的能量，即能量增加某一定值时，它的质量也相应增加一定值，并可根据ΔE＝Δmc2进行计算．
【答案】 BD
4．对核子结合成原子核的下列说法正确的是( )
A．原子核内的核子间均存在核力
B．原子核内的质子间均存在核力和库仑力
C．稳定原子核的质子数总是与中子数相等
D．对质子数较多的原子核，其中的中子数起到增加核力、维系原子核稳定的作用
【解析】 核力是短程力，只会发生在相邻核子之间，由此知A、B错误；核力只作用于相邻的核子，随着质子数增加，为使原子核保持稳定，必须靠中子数的增多来抵消库仑力的作用，故C错误，D正确．
【答案】 D
5．质子的质量为mp，中子的质量为mn，氦核的质量为mα，下列关系正确的是( )
A．mα＝2mp＋2mn B．mα＜2mp＋2mn
C．mα＞2mp＋2mn D．以上关系都不对
【解析】 两个质子和两个中子结合成氦核时放出能量，发生质量亏损．故正确选项为B.
【答案】 B
6．质子质量单位为u,1 u相当于931.5 MeV的能量，真空中光速为c，当质量分别为m1和m2的原子核结合为质量为M的原子核时释放出的能量是( )
A．(M－m1－m2)u·c2 B．(m1＋m2－M)u×931.5 J
C．(m1＋m2－M)c2 D．(m1＋m2－M)×931.5 eV
【解析】 在核能计算时，如果质量的单位是kg，则用ΔE＝Δmc2进行计算，如果质量的单位是u，则利用1 u相当于931.5 MeV的能量计算，即ΔE＝Δm×931.5 MeV进行计算，故C正确，A、B、D错．
【答案】 C
7．(2012·福州检测)如图4－1－1所示是原子核的核子平均质量与原子序数Z的关系图象，下列说法中正确的是( )
图4－1－1
A．若D、E能结合成F，结合过程一定要释放能量
B．若D、E能结合成F，结合过程一定要吸收能量
C．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量
D．若A能分裂成B、C，分裂过程一定要吸收能量
【解析】 原子序数较小的核D、E结合成原子序数较大的核F时，因F的核子的平均质量小于D、E核子的平均质量，故出现质量亏损，由质能方程知，该过程一定放出核能，所以选项A正确，选项B错误．因为C、B核子的平均质量小于A核子的平均质量，故A分裂成B、C，分裂过程一定要释放能量，所以选项C正确，选项D错误．
【答案】 AC
8．(2012·泉州检测)某核反应方程为H＋H→He＋X.已知H的质量为2.0136 u，H的质量为3.0180 u，He的质量为4.0026 u，X的质量为1.0087 u．则下列说法中正确的是( )
A．X是质子，该反应释放能量
B．X是中子，该反应释放能量
C．X是质子，该反应吸收能量
D．X是中子，该反应吸收能量
【解析】 由题目所给核反应方程式，根据核反应过程质量数、电荷数守恒规律，可得
H＋H→He＋X，X为中子，在该反应发生前反应物的总质量
m1＝2.0136 u＋3.0180 u＝5.0316 u，
反应后产物总质量
m2＝4.0026 u＋1.0087 u＝5.0113 u，
总质量减少，出现了质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程可知，该反应释放能量．故B正确．
【答案】 B
9．静止的氡核Rn放出α粒子后变成钋核Po，α粒子动能为Eα.若衰变放出的能量全部变为反冲核和α粒子的动能，真空中的光速为c，则该反应中的质量亏损为( )
A.· B．0
C.· D.·
【解析】 由于动量守恒，因此反冲核和α粒子的动量大小相等，由Ek＝∝可知，它们的动能之比为4∶218，因此衰变释放的总能量是·Eα，由质能方程得质量亏损是·.
【答案】 C
10．(2010·北京高考)太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少．太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026 J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )
A．1036 kg B．1018 kg
C．1013 kg D．109 kg
【解析】 根据ΔE＝Δmc2解得
Δm＝＝ kg＝4.4×109 kg
题中数据109 kg最接近，故D项正确．
【答案】 D
11．(2012·江苏高考)一个中子与某原子核发生核反应，生成一个氘核，其核反应方程式为________．该反应放出的能量为Q，则氘核的比结合能为________．
【解析】 n＋X―→H，由质量数和电荷数守恒知X为H.该反应为两个核子结合，所以此结合能为.
【答案】 n＋H―→H
12．已知：氮核质量MN＝14.007 53 u，氧17核的质量为MO＝17.004 54 u，氦核质量MHe＝4.002 6 u，氢核质量为MH＝1.008 15 u.
试判断：N＋He―→O＋H这一核反应吸收能量还是放出能量？能量变化多少？
【解析】 反应前的总质量
MN＋MHe＝14.007 53 u＋4.002 6 u＝18.010 13 u
反应后总质量
MO＋MH＝17.004 54 u＋1.008 15 u＝18.012 69 u
由于MN＋MHe即反应后总质量增加，所以该反应吸收能量．
由质能方程ΔE＝Δmc2得
ΔE＝(18.012 69－18.010 13)×1.660 6×10－27×(3×108)2 J≈3.83×10－13 J.
【答案】 吸收能量 能量变化3.83×10－13 J
1．关于我国已建成的秦山和大亚湾两座核电站，下面说法中正确的是( )
A．它们都是利用核裂变释放原子能的
B．它们都是利用核聚变释放原子能的
C．一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能
D．两者的核燃料都是纯铀235
【解析】 现在所有的核电站都是用核裂变释放原子能的．
【答案】 A
2．关于原子核反应堆，下面哪种说法是正确的( )
A．铀棒是核燃料，裂变时释放核能
B．镉棒的作用是控制反应堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量
【解析】 核燃料即为用浓缩铀制成的铀棒，铀棒裂变时释放核能；镉棒具有很强的吸收慢中子的能力，通过控制镉棒插入的深度来控制链式反应的速度，即可控制反应堆的功率；石墨的作用是使裂变产生的快中子减速成为慢中子；冷却剂的作用是控制反应堆的温度和输出热量．则A、B、D正确，C错误．
【答案】 ABD
3．(2013·三亚检测)核反应堆是实现可控制的重核裂变链式反应的一种装置，它的组成部分有( )
A．原子燃料，减速剂，冷却系统和控制调节系统
B．原子燃料，减速剂，发热系统和传热系统
C．原子燃料，减速剂，碰撞系统和传热系统
D．原子燃料，中子源，原子能存聚系统和输送系统
【答案】 A
4．铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列说法中正确的是( )
A．反应堆中铀的质量是重要因素与体积无关
B．为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用裂变时产生的中子
C．若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式反应就能够发生
D．能否发生链式反应与铀块的质量无关
【解析】 要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体积必须等于或大于临界体积，如果组成铀块的体积小于临界体积，则不会产生链式反应．裂变反应中产生的中子为快中子，这些快中子不能直接引发新的裂变，如果铀块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生链式反应，由此知A、B、D错误，C正确．
【答案】 C
5．一个92U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为：92U＋n―→X＋Sr＋2n，则下列叙述正确的是( )
A．X原子核中含有86个中子
B．X原子核中含有141个核子
C．因为裂变时释放能量，根据E＝mc2知裂变后的总质量数增加
D．因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少
【解析】 X原子核中的核子数为(235＋1)－(94＋2)＝140个，B错；中子数为140－(92－38)＝86个，A正确；裂变时释放能量，出现质量亏损，由静质量变为动质量，但是其总质量数是不变的，C、D均错．
【答案】 A
6．(2013·漳州检测)一个铀235吸收一个中子后发生反应的方程式是：92U＋n―→54Xe＋Sr＋10n，放出的能量为E，铀235核的质量为M，中子的质量为m，氙136核的质量为m1，锶90核的质量为m2，真空中光速为c，则释放的能量E等于( )
A．(M－m1－m2)c2
B．(M＋m－m1－m2)c2
C．(M－m1－m2－9m)c2
D．(m1＋m2＋9m－M)c2
【解析】 铀235裂变时的质量亏损：Δm＝M＋m－m1－m2－10m＝M－m1－m2－9m，由质能方程可得ΔE＝Δmc2＝(M－9m－m1－m2)c2.
【答案】 C
7．铀核裂变反应中的一个核反应方程为U＋n→Xe＋Sr＋10n，已知铀235的质量为235.043 9 u，中子的质量为1.008 7 u，锶90的质量为89.907 7 u，氙136的质量为135.907 2 u，则此核反应中( )
A．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2) u
B．质量亏损为Δm＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7) u
C．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×(3×108)2 J
D．释放的总能量为ΔE＝(235.043 9＋1.008 7－89.907 7－135.907 2－10×1.008 7)×931.5 MeV
【解析】 质量亏损是反应物与生成物质量之差，差值可用“u”或“kg”作单位，前者直接用1 u的质量亏损放出931.5 MeV的能量计算，后者核能的单位是J，故B、D正确．
【答案】 BD
8．1个铀235吸收1个中子发生核反应时，大约放出196 MeV的能量，则1 g纯铀235完全发生核反应放出的能量为(NA为阿伏伽德罗常数)( )
A．NA×196 MeV
B．235 NA×196 MeV
C．235×196 MeV
D.×196 MeV
【解析】 由于1 mol的铀核质量为235 g,1 g铀235的摩尔数为，因此1 g铀235释放的能量E＝×196 MeV，故D正确．
【答案】 D
9．(2013·三明检测)U吸收一个慢中子后，分裂成Xe和Sr，还放出( )
A．1个α粒子 B．3个中子
C．10个中子 D．10个质子
【解析】 由n＋U→Xe＋Sr＋X，根据反应规律知Z＝0，A＝10，由于Z＝0，放出的是中子，故N＝10.
【答案】 C
10．用中子轰击铀核(U)，其中一个可能的反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．
各个核和中子的质量如下：
mU＝390.313 9×10－27 kg，mn＝1.674 9×10－27 kg，
mBa＝234.001 6×10－27 kg，mKr＝152.604 7×10－27 kg，
试写出核反应方程，算出反应中释放的核能．
【解析】 此铀核裂变方程为
n＋U→Ba＋Kr＋3n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝0.357 8×10－27 kg，
由爱因斯坦的质能方程可得释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝0.357 8×10－27×(2.997 9×108)2 J＝3.215 7×10－11 J.
【答案】 n＋U→Ba＋Kr＋3n 3.215 7×10－11 J
11．1945年7月，为了加速日本军国主义的灭亡，促使日本早日无条件投降，美国在日本的广岛、长崎投下了两枚原子弹．落在日本广岛的原子弹，其爆炸释放的能量相当于2×104 t TNT爆炸的能量(约8.4×1013 J)，由此可知该原子弹中铀235的质量是多少千克？(已知裂变的核反应方程U＋n→Ba＋Kr＋3n＋201 MeV，阿伏加德罗常数NA＝6.02×1023)
【解析】 由核反应方程知，一个铀核裂变能放出201 MeV的能量，1 mol铀核裂变放出的能量为
ΔE1＝6.02×1023×201 MeV＝1.936×1013 J
1 mol铀核的质量为0.235 kg，则原子弹中铀核的质量为m＝×0.235 kg＝×0.235 kg＝1.02 kg.
【答案】 1.02 kg
12．(2012·宁德检测)在所有能源中，核能具有能量密度大，地区适应性强的优势，在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能．核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量核能．
(1)核反应方程式92U＋n―→56Ba＋Kr＋aX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，n为中子，X为待求粒子，a为X的个数，则X为________，a＝________.以mU、mBa、mKr分别表示92U、56Ba、Kr核的质量，mn、mp分别表示中子、质子的质量，c为光在真空中传播的速度，则在上述核反应过程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座发电能力为P＝1.00×106 kW的核电站，核能转化为电能的效率η＝40%，假定反应堆中发生的裂变反应全是本题(1)中的核反应，已知每次核反应过程放出的核能ΔE＝2.78×10－11 J，核的质量mU＝390×10－27 kg，求每年(1年＝3.15×107 s)消耗的92U的质量．
【解析】 (1)由反应方程可知：X为n，a为3，释放的能量为
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因电站发电效率为40%，故电站消耗235U的功率为P′＝＝＝2.5×106 kW，
电站每年消耗235U的能量为W＝Pt＝2.5×109×3.15×107 J＝7.875×1016 J.
每年消耗235U的质量为
M＝mU＝ kg＝1 105 kg.
【答案】 (1)n 3 (mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1 105 kg
1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( )
A．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多
B．聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量一定多
C．聚变反应中粒子的平均结合能变小
D．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量变多
【解析】 在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，但平均每个核子释放的能量一定大，故A错误，B正确；由于聚变反应中释放出巨大能量，则平均结合能一定增加，质量发生亏损，故C、D错误．
【答案】 B
2．太阳每秒辐射出来的能量约为3.8×1026 J，这些能量是( )
①重核的裂变反应中产生的 ②轻核的聚变反应中产生的 ③原子核的衰变反应中产生的 ④热核反应中产生的
A．①② B．②③ C．③④ D．②④
【解析】 由于太阳的主要成分是氢，它释放出的巨大能量来源于氢核的聚变反应．这一反应又叫热核反应，故D正确．
【答案】 D
3．(2013·青岛二中检测)关于核电站，以下说法正确的是( )
A．核电站中的核反应是无法控制的
B．目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核聚变
C．采用增殖反应堆可以使核原料充分利用
D．核电站使用过的核燃料还可以在火力发电厂中二次利用
【解析】 目前核电站主要原料是铀，能量主要来源于核裂变，其反应是可以通过控制棒控制反应速度的，A、B均错．采用增殖反应堆可以充分利用铀235之外的原料从而放出更多能量，C对．核废料具有放射性，不能再通过燃烧的方式二次发电，D错．
【答案】 C
4．聚变与裂变相比，下列说法正确的是( )
A．聚变比裂变产能效率高
B．在目前情况下，使原子核聚变要比裂变容易
C．原子弹的燃料是235U
D．氢弹的原理是核的聚变，需由原子弹来引爆
【解析】 聚变比裂变的平均结合能大，故A正确；在目前的条件下，核裂变要比核聚变容易很多，故B错；原子弹利用的核裂变燃料为235U，氢弹利用的核聚变需原子弹引爆，故C、D正确．
【答案】 ACD
5．一个氘核(H)与一个氚核(H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中( )
A．吸收能量，生成的新核是 He
B．放出能量，生成的新核是 He
C．吸收能量，生成的新核是He
D．放出能量，生成的新核是He
【解析】 一个氘核与一个氚核发生聚变的核反应方程是：H＋H―→He＋n，有质量亏损要放出能量，故只有B正确．
【答案】 B
6．(2013·龙岩检测)我国在极其困难的情况下，完成了“两弹一星”，长了中国人的志气，打破了西方的核讹诈．下列核反应方程中，属于研究两弹的基本核反应方程的是( )
A.N＋He―→O＋H
B.U＋n―→Sr＋ Xe＋10n
C.U―→Th＋He
D.H＋H―→He＋n
【解析】 “两弹”指原子弹和氢弹，原子弹的核反应方程是铀核裂变，B选项正确，氢弹的核反应方程是轻核聚变，D选项正确．
【答案】 BD
7．1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的HT-7型超导托卡马克(Tokamak)，托卡马克是研究受控核聚变的一种装置，根据以上信息，下述判断中错误的是( )
A．反应原理是氢的原子核在装置中聚变成氦核，同时释放大量能量，与太阳发光的原理相类似
B．线圈的作用是通电线圈产生磁场使氦核等带电粒子在磁场中旋转而不溢出
C．这种装置与核电站所使用核装置的反应原理相同
D．这种装置可以控制热核反应的速度，使聚变能缓慢而稳定地释放
【解析】 太阳发光原理是轻核聚变，A正确；通电线圈产生磁场能约束氦核不溢出，B正确；核电站核反应原理是重核裂变，C错误；这种装置实现了可控核聚变，D正确．
【答案】 C
8．在发生2H→He＋n＋3.26 MeV中，若有2 g氘核全部发生聚变，则释放的能量是(NA为阿伏加德罗常数)( )
A．0.5×3.26 MeV B．3.26 MeV
C．0.5NA×3.26 MeV D．NA×3.26 MeV
【解析】 由聚变反应方程知道，两个氘核聚变放出3.26 MeV的能量，2 g氘核中有NA个氘核，所以，2 g氘核发生聚变，释放的能量是0.5NA×3.26 MeV，C项正确．
【答案】 C
9．(2013·威海高二检测)在某些恒星内，3个α粒子结合成1个6C核，6C原子的质量是12.000 0 u，He原子的质量是4.002 6 u．已知1 u＝1.66×10－27 kg，则( )
A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.007 8 u
B．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.29×10－29 kg
C．反应过程中释放的能量是7.26 MeV
D．反应过程中释放的能量是1.16×10－19 J
【解析】 由题目可得此核反应的方程为3 He―→C＋ΔE，则反应前后的质量亏损为Δm＝(3×4.002 6－12.000 0)u＝0.007 8×1.66×10－27 kg＝1.29×10－29 kg，由质能方程ΔE＝Δm·c2＝1.29×10－29×(3.0×108)2 J＝1.161×10－12 J＝7.26 【答案】 ABC
10．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．
(1)写出这个核反应方程；
(2)这一核反应能释放多少能量？
(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026 J，则太阳每秒减少的质量为多少千克？(mp＝1.007 3 u，mHe＝4.001 5 u，me＝0.000 55 u)
【解析】 (1)核反应方程：4H―→He＋X，而X只能是2个正电子，因此核反应方程应为4H―→He＋2e.
(2)反应前的质量m1＝4mp＝4×1.007 3 u＝4.029 2 u，反应后的质量m2＝mHe＋2me＝4.001 5 u＋2×0.000 55 u＝4.002 6 u，Δm＝m1－m2＝0.026 6 u，由质能方程得，释放能量ΔE＝Δmc2＝0.026 6×931.56 MeV＝24.78 MeV.
(3)由质能方程ΔE＝Δmc2得，太阳每秒减少的质量Δm＝＝ kg＝4.2×109 kg.
【答案】 (1)4H→He＋2e
(2)24.78 MeV (3)4.2×109 kg
11．每昼夜消耗220 g铀235的原子能发电站，如果效率为25%，它能产生的电功率是多大？(每个铀核裂变放出的能量是200 MeV)
【解析】 220 g铀235中含铀核数量为
N＝×6.02×1023个＝5.64×1023个
N个铀核裂变放出能量为
E总＝5.64×1023×200 MeV＝1.13×1026 MeV
转化成电能为
E有＝E总×25%＝2.83×1025 MeV＝2.83×1025×106×1.6×10－19 J＝4.53×1012 J
一昼夜时间为t＝24×3 600 S＝86 400 S
所以电功率P＝＝ W＝5.24×107 W.
【答案】 5.24×107 W
