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第8讲 原子核（二）
考点1 核力和结合能
【知识梳理】
知识点1 核力与四种基本相互作用
1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
2．核力特点
（1）核力是核子间的一种强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，使核子结合成稳定的原子核。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内。在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，超过1.5×10－15m时，核力急剧下降几乎消失；距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
（3）每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。无论质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，与核子是否带电无关。
3．四种基本相互作用
（1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”，是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。
（2）电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。
（3）强相互作用：即强力，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。
（4）弱相互作用：是引起原子核β衰变的原因，即引起中子-质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度比电磁力小。
知识点2 原子核中质子和中子的比例
1.轻核和重核中的比例
（1）自然界中较轻的原子核，质子数和中子数大致相等；
（2）对于较重的原子核，中子数大于质子数；
（3）越重的原子核，中子数与质子数相差越多。
2.质子和中子比例的原因分析
（1）若质子和中子成对地放在一起，人工构建原子核，随着原子核的增大，核子间距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小更快。当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库伦力，这个原子核就不稳定了。
（2）若只增加中子，中子与其他核子没有库伦斥力，但有相互吸引的核力，所有有助于维系原子核的稳定，所有稳定的重原子核中，中子数要比质子数多。
（3）由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也是不稳定的。因此只有200多种稳定的原子核长久地留下来了。
知识点3 结合能和比结合能
1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。（结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能力，而是为把核子分开而需要的能量）
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。它反映了原子核的稳定程度。
3．对结合能和比结合能的理解
对结合能的理解
?由于核子间存在着巨大的核力作用，所以原子核是一个坚固的集体，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量。一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于2.2MeV的γ光子照射。核反应方程为。
?相反过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出2.2MeV的能量，这个能量以γ光子的形式辐射出去，核反应方程为。
?由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量。
?
4．比结合能与原子核的稳定性
（1）比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等核子数的原子核，比结合能较大，原子核较稳定。
（2）核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比结合能较小，中等核子数的原子核，比结合能较大．当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能。
（3）当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时，就可以能释放核能。
（4）结合能和比结合能是两个不同的物理量，结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小，相对来说，比结合能更有实际意义，因为它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。
知识点4质量亏损和质能方程
1.质量亏损
?在核反应前后原子核的总质量并不相等，例如一个质子和一个中子结合成氘核的反应中，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，这种现象叫质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显表现出来。?
2.质能方程
?爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是或。这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程。它表明，物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系。物体能量增大，质量也增大，能量减小，质量也减小。
?应用质能方程可以计算原子核释放能量时产生的核能。?
3.对质量亏损和质能方程的理解
?质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，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，质量和能量在数值上的联系不等于这两个量可以相互转化。
质量亏损不是否定了质量守恒定律，根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。
巩固练习
考点1：核力与结合能
【例1】（多选）对于核力，以下说法正确的是（ ）
A.核力是弱相互作用力，作用力很小
B.核力是强相互作用的表现，是强力
C.核子之间的距离小于0.8×10-15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
D.人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10-15m时核力的变化规律更清楚
【变式1】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．不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在
【变式2】下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的有（ ）
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．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
考点2：爱因斯坦质能方程
【例1】（多选）关于质能方程，下列说法中正确的是（ ）
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的
【变式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△E=△mc2可以计算核反应中释放的核能
C.一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能表明此过程中出现了质量亏损
D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能
考点3：核反应中的综合问题
【例1】（多选）一静止的铝原子核俘获一速度为1.0×107m/s的质子P后，变为处于激发态的硅原子核，下列说法正确的是（ ）
A.核反应方程为
B.核反应方程过程中系统动量守恒
C.核反应过程中系统能量不守恒
D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
E.硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度方向一致
【变式1】静止的镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核.已知镭核226质量为226.0254u，氡核222质量为222.0163u，放出粒子质量为4.0026u。（1u相当于931.5MeV的能量）
（1）写出核反应方程;
（2）求镭核衰变放出的能量;
（3）若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能.
考点2 裂变和聚变
【知识梳理】
知识点1 核裂变
1.重核裂变
（1）定义：使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫重核裂变。
（2）重核的裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发地产生（衰变是自发的）。核裂变时，有质量亏损，将产生巨大的核裂变能。
（3）一种典型的铀核裂变：
2.链式反应
（1）重核裂变产生的中子使核子间的距离增大，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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，使得裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。
（2）临界体积：能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。
（3）原子弹就是利用铀核的链式反应制造的一种核武器。
（4）发生链式反应的条件：①足够浓度的铀235；②足够数量的慢中子；③铀块的体积大于临界体积
3.核裂变的特点：（1）裂变释放的能量很大；（2）裂变产物具有多样性；（3）裂变产物具有放射性；（4）裂变能产生多个中子
知识点2 核电站
1．核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：
（1）燃料：铀棒
（2）慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂
（3）控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，控制链式反应的速度
2．工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。
3．能量输出：利用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，用于发电，同时也使反应堆冷却。
4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
知识点3 核聚变
1．聚变：两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变．聚变反应又称为热核反应。
2．聚变方程：＋17.6 MeV
3．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库仑斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文以上的高温。
4.实现核聚变的难处：地球上没有任何容器能够经受核聚变的温度，为解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
5.热核反应的两种方式：爆炸式热核反应；受控式热核反应（目前处于探索、实验阶段）
知识点4核裂变与核聚变的比较
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
燃料储量情况 铀的储量有限 聚变燃料储量丰富
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多
可控性 容易进行人工控制 除氢弹外，目前还不能控制
知识点5粒子
1．基本粒子：直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”．
2．发现新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子及以后的超子等．
3．夸克模型：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的．
巩固练习
考点1：核反应类型的判断
【例1】现有三个核反应，其中说法正确的是（ ）
① ② ③
A.①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B.①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C.①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D.①是β衰变，②是聚变，③是裂变
【变式1】（多选）有下列核反应，下列说法中正确的是（ ）
① ②
③ ④
A.①是原子核的人工转变的反应方程式 B.②是聚变的核反应方程式
C.③是α衰变的反应方程式 D.④是裂变的核反应方程式
【变式2】（多选）下列说法正确的是（ ）
A．是α衰变方程
B．是核聚变反应方程
C．是核裂变反应方程
D．是原子核的人工转变方程
考点2：聚变和裂变的实际应用
【例1】（多选）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
B.“人造太阳”的核反应方程是
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相同
E.核燃烧的质量相同时，聚变反应过程的质量亏损比裂变反应过程的质量亏损大得多
课后作业
1．静止的氡核 放出α粒子后变成钋核 ，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( )
2．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)并且放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．一个静止的原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下面的说法中正确的是( )
A．母核的质量数等于子核的质量数 B．母核的电荷数等于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同 D．子核的动能大于中微子的动能
3．（多选）月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富，是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于，下列说法正确的是( )
A.的原子核内有三个中子两个质子
B.的原子核内有一个中子两个质子
C.发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损
D.原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
4．（多选）下列关于核反应及衰变的表述正确的是( )
A.是轻核聚变[来源:学科网]
B．中，X表示
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
5．（多选）核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是( )[来源:学网]
A．碘131释放的β射线由氦核组成
B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量
C．与铯137相比，碘131衰变更慢
D．铯133和铯137含有相同的质子数
6.（多选）一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示．若两圆半径之比为44∶1，则( )
A．发生的是α衰变
B．轨迹2是反冲核的径迹
C．反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动
D．该放射性元素的原子序数是90
7．(12分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．
8．(12分)(1)在核反应＋ΔE过程中，X是未知核．由核反应知识可以确定X核为________．若、X核、和的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________．
(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是________________，缺点是___________________________________________________．
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造________类型的发电站更合适，理由是____________________．
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第8讲 原子核（二）
考点1 核力和结合能
【知识梳理】
知识点1 核力与四种基本相互作用
1．核力：原子核里的核子间存在着相互作用的核力，核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。
2．核力特点
（1）核力是核子间的一种强相互作用的一种表现，在原子核的尺度内，核力比库仑力大得多，使核子结合成稳定的原子核。
（2）核力是短程力，作用范围在1.5×10－15m之内。在大于0.8×10－15 m时表现为吸引力，超过1.5×10－15m时，核力急剧下降几乎消失；距离小于0.8×10－15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起。
（3）每个核子只跟邻近的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性。无论质子间、中子间、质子和中子间均存在核力，与核子是否带电无关。
3．四种基本相互作用
（1）引力相互作用：引力主要在宏观和宏观尺度上“独领风骚”，是引力使行星绕着恒星转，并且联系着星系团，决定着宇宙的现状。万有引力是长程力。
（2）电磁相互作用：电磁力在原子核外，电磁力使电子不脱离原子核而形成原子，使原子结合成分子，使分子结合成液体和固体。
（3）强相互作用：即强力，在原子核内，强力将核子束缚在一起，强力是短程力。
（4）弱相互作用：是引起原子核β衰变的原因，即引起中子-质子转变的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比强力更短，为10-18m，作用强度比电磁力小。
知识点2 原子核中质子和中子的比例
1.轻核和重核中的比例
（1）自然界中较轻的原子核，质子数和中子数大致相等；
（2）对于较重的原子核，中子数大于质子数；
（3）越重的原子核，中子数与质子数相差越多。
2.质子和中子比例的原因分析
（1）若质子和中子成对地放在一起，人工构建原子核，随着原子核的增大，核子间距离增大，核力和电磁力都会减小，但核力减小更快。当原子核增大到一定程度时，相距较远的质子间的核力不足以平衡它们之间的库伦力，这个原子核就不稳定了。
（2）若只增加中子，中子与其他核子没有库伦斥力，但有相互吸引的核力，所有有助于维系原子核的稳定，所有稳定的重原子核中，中子数要比质子数多。
（3）由于核力的作用范围是有限的，以及核力的饱和性，若再增大原子核，一些核子间的距离会大到其间根本没有核力的作用，这时即使再增加中子，形成的核也是不稳定的。因此只有200多种稳定的原子核长久地留下来了。
知识点3 结合能和比结合能
1．结合能：原子核是核子凭借核力结合在一起构成的，要把它们分开，需要能量，这就是原子核的结合能。（结合能并不是由于核子结合成原子核而具有的能力，而是为把核子分开而需要的能量）
2．比结合能：原子核的结合能与核子数之比称为比结合能，也叫平均结合能。它反映了原子核的稳定程度。
3．对结合能和比结合能的理解
对结合能的理解
?由于核子间存在着巨大的核力作用，所以原子核是一个坚固的集体，要把原子核拆散成核子，需要克服核力做巨大的功，需要巨大的能量。一个氘核被拆成一个中子和一个质子时，需要能量等于或大于2.2MeV的γ光子照射。核反应方程为。
?相反过程，当一个中子和一个质子结合成一个氘核时会释放出2.2MeV的能量，这个能量以γ光子的形式辐射出去，核反应方程为。
?由于核力的存在，核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子时，要吸收同样多的能量。
?
4．比结合能与原子核的稳定性
（1）比结合能越大，表示原子核中核子结合得越牢固，原子核越稳定．中等核子数的原子核，比结合能较大，原子核较稳定。
（2）核子数较小的轻核和核子数较大的重核，比结合能较小，中等核子数的原子核，比结合能较大．当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时会释放核能。
（3）当比结合能较小的原子核转化为比结合能较大的原子核时，就可以能释放核能。
（4）结合能和比结合能是两个不同的物理量，结合能大的原子核，比结合能不一定大，结合能小的原子核，比结合能不一定小，相对来说，比结合能更有实际意义，因为它反映了原子核结合的稳定程度或分裂的难易程度。
知识点4质量亏损和质能方程
1.质量亏损
?在核反应前后原子核的总质量并不相等，例如一个质子和一个中子结合成氘核的反应中，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，这种现象叫质量亏损，质量亏损只有在核反应中才能明显表现出来。?
2.质能方程
?爱因斯坦的相对论指出，物体的能量和质量之间存在着密切的联系，其关系是或。这就是著名的爱因斯坦质能联系方程，简称质能方程。它表明，物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系。物体能量增大，质量也增大，能量减小，质量也减小。
?应用质能方程可以计算原子核释放能量时产生的核能。?
3.对质量亏损和质能方程的理解
?质能方程揭示了质量和能量的不可分割性，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，质量和能量在数值上的联系不等于这两个量可以相互转化。
质量亏损不是否定了质量守恒定律，根据爱因斯坦的相对论，辐射出的γ光子静质量虽然为零，但它有动质量，而且这个动质量刚好等于亏损的质量，所以质量守恒、能量守恒仍成立。
巩固练习
考点1：核力与结合能
【例1】（多选）对于核力，以下说法正确的是（ ）
A.核力是弱相互作用力，作用力很小
B.核力是强相互作用的表现，是强力
C.核子之间的距离小于0.8×10-15m时，核力表现为斥力，因此核子不会融合在一起
D.人们对核力的了解很清楚，特别是在小于0.8×10-15m时核力的变化规律更清楚
答案：BC
【变式1】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．不可能无节制的增大原子核而仍稳定存在
答案：D
【变式2】下面关于结合能和比结合能的说法中，正确的有（ ）
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．比结合能越大的原子核越稳定，因此它的结合能也一定越大
C．重核与中等质量原子核相比较，重核的结合能和比结合能都大
D．中等质量原子核的结合能和比结合能均比轻核的要大
答案：D
考点2：爱因斯坦质能方程
【例1】（多选）关于质能方程，下列说法中正确的是（ ）
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的
答案：BD
【变式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△E=△mc2可以计算核反应中释放的核能
C.一个中子和一个质子结合成氘核时，释放出核能表明此过程中出现了质量亏损
D.E=mc2中的E是发生核反应中释放的核能
答案：D
考点3：核反应中的综合问题
【例1】（多选）一静止的铝原子核俘获一速度为1.0×107m/s的质子P后，变为处于激发态的硅原子核，下列说法正确的是（ ）
A.核反应方程为
B.核反应方程过程中系统动量守恒
C.核反应过程中系统能量不守恒
D.核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和
E.硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度方向一致
答案：ABE
【变式1】静止的镭核发生衰变放出一个粒子变为氡核.已知镭核226质量为226.0254u，氡核222质量为222.0163u，放出粒子质量为4.0026u。（1u相当于931.5MeV的能量）
（1）写出核反应方程;
（2）求镭核衰变放出的能量;
（3）若衰变放出的能量均转变为氡核和放出的粒子的动能，求放出粒子的动能.
答案：（1）；（2）6.055MeV；（3）5.95MeV
考点2 裂变和聚变
【知识梳理】
知识点1 核裂变
1.重核裂变
（1）定义：使重核分裂成中等质量的原子核的核反应叫重核裂变。
（2）重核的裂变只发生在人为控制的核反应中，自然界不会自发地产生（衰变是自发的）。核裂变时，有质量亏损，将产生巨大的核裂变能。
（3）一种典型的铀核裂变：
2.链式反应
（1）重核裂变产生的中子使核子间的距离增大，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，同时放出中子，这些中子又引起其他铀核裂变，使得裂变反应一代接一代继续下去的过程叫链式反应。
（2）临界体积：能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应的质量叫临界质量。
（3）原子弹就是利用铀核的链式反应制造的一种核武器。
（4）发生链式反应的条件：①足够浓度的铀235；②足够数量的慢中子；③铀块的体积大于临界体积
3.核裂变的特点：（1）裂变释放的能量很大；（2）裂变产物具有多样性；（3）裂变产物具有放射性；（4）裂变能产生多个中子
知识点2 核电站
1．核电站是利用核能发电，它的核心设施是反应堆，它主要由以下几部分组成：
（1）燃料：铀棒
（2）慢化剂：铀235容易捕获慢中子发生反应，采用石墨、重水或普通水作慢化剂
（3）控制棒：采用在反应堆中插入镉棒的方法，利用镉吸收中子能力很强的特性，控制链式反应的速度
2．工作原理：核燃料裂变释放能量，使反应区温度升高。
3．能量输出：利用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，用于发电，同时也使反应堆冷却。
4．核污染的处理：在反应堆的外面需要修建很厚的水泥层，用来屏蔽裂变产物放出的各种射线．核废料具有很强的放射性，需要装入特制的容器，深埋地下。
知识点3 核聚变
1．聚变：两个轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应，称为核聚变．聚变反应又称为热核反应。
2．聚变方程：＋17.6 MeV
3．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库仑斥力作用，要求使轻核具有足够大的动能．要使原子核具有足够大的动能，有一种方法就是给它们加热，使物质达到几百万开尔文以上的高温。
4.实现核聚变的难处：地球上没有任何容器能够经受核聚变的温度，为解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和惯性约束。
5.热核反应的两种方式：爆炸式热核反应；受控式热核反应（目前处于探索、实验阶段）
知识点4核裂变与核聚变的比较
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
燃料储量情况 铀的储量有限 聚变燃料储量丰富
核废料处理难度 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容易得多
可控性 容易进行人工控制 除氢弹外，目前还不能控制
知识点5粒子
1．基本粒子：直到19世纪末，人们都认为原子是组成物质的不可再分的最小微粒，后来人们发现了光子、电子、质子、中子，并把它们叫做“基本粒子”．
2．发现新粒子：1932年发现正电子，1937年发现μ子，1947年发现K介子和π介子及以后的超子等．
3．夸克模型：1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的．
巩固练习
考点1：核反应类型的判断
【例1】现有三个核反应，其中说法正确的是（ ）
① ② ③
A.①是裂变，②是β衰变，③是聚变 B.①是聚变，②是裂变，③是β衰变
C.①是β衰变，②是裂变，③是聚变 D.①是β衰变，②是聚变，③是裂变
答案：C
【变式1】（多选）有下列核反应，下列说法中正确的是（ ）
① ②
③ ④
A.①是原子核的人工转变的反应方程式 B.②是聚变的核反应方程式
C.③是α衰变的反应方程式 D.④是裂变的核反应方程式
答案：ABD
【变式2】（多选）下列说法正确的是（ ）
A．是α衰变方程
B．是核聚变反应方程
C．是核裂变反应方程
D．是原子核的人工转变方程
答案：BD
考点2：聚变和裂变的实际应用
【例1】（多选）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
B.“人造太阳”的核反应方程是
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相同
E.核燃烧的质量相同时，聚变反应过程的质量亏损比裂变反应过程的质量亏损大得多
答案：ACE
课后作业
1．静止的氡核 放出α粒子后变成钋核 ，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( )
答案：C
2．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)并且放出一个中微子的过程．中微子的质量很小，不带电，很难被探测到，人们最早就是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．一个静止的原子的原子核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子．下面的说法中正确的是( )
A．母核的质量数等于子核的质量数 B．母核的电荷数等于子核的电荷数
C．子核的动量与中微子的动量相同 D．子核的动能大于中微子的动能
答案：A
3．（多选）月球的表面长期受到宇宙射线的照射，使得“月壤”中的含量十分丰富，是发生核聚变的极好原料，将来也许是人类重要的能源，所以探测月球意义十分重大．关于，下列说法正确的是( )
A.的原子核内有三个中子两个质子
B.的原子核内有一个中子两个质子
C.发生核聚变，放出能量，一定会发生质量亏损
D.原子核内的核子靠万有引力紧密结合在一起
答案：BC
4．（多选）下列关于核反应及衰变的表述正确的是( )
A.是轻核聚变[来源:学科网]
B．中，X表示
C．半衰期与原子所处的化学状态无关
D．β衰变中产生的β射线实际上是原子的核外电子挣脱原子核的束缚而形成的
答案：ABC
5．（多选）核电站核泄漏的污染物中含有碘131和铯137.碘131的半衰期约为8天，会释放β射线；铯137是铯133的同位素，半衰期约为30年，发生衰变时会辐射γ射线．下列说法正确的是( )[来源:学网]
A．碘131释放的β射线由氦核组成
B．铯137衰变时辐射出的γ光子能量大于可见光光子能量
C．与铯137相比，碘131衰变更慢
D．铯133和铯137含有相同的质子数
答案：BD
6.（多选）一个静止的放射性原子核发生天然衰变时，在匀强磁场中得到内切圆的两条径迹，如图所示．若两圆半径之比为44∶1，则( )
A．发生的是α衰变
B．轨迹2是反冲核的径迹
C．反冲核是逆时针运动，放射出的粒子是顺时针运动
D．该放射性元素的原子序数是90
答案：BC
7．(12分)完成下列核反应方程，并指出核反应的类型．
8．(12分)(1)在核反应＋ΔE过程中，X是未知核．由核反应知识可以确定X核为________．若、X核、和的静止质量分别为m1、mX、m3和m4，则ΔE的值为________．
(2)核能、风能等新能源是近年来能源发展的重点方向之一，与煤、石油等传统能源相比较，核能具有的优点是________________，缺点是___________________________________________________．
(3)有一座城市，经常受到大风和风沙的侵扰．为了合理使用新能源，计划建造风能发电站或太阳能发电站．请用物理学知识，指出建造________类型的发电站更合适，理由是____________________．
答案：(1)，[m1＋mX－(m3＋m4)]c2；
(2)优点：核裂变产生的能源比使用煤和石油更加清洁、产能更多．
缺点：核裂变反应造成的核废料具有放射性，难处理；建造成本高
(3)风能发电站．理由：在使用风能发电时，根据能量守恒知识，风能一方面转化为电能，另一方面可以减弱风速，减小对城市的破坏．
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