高考物理二轮复习 原子物理专题 结合能和核能的利用讲义-人教版高三全册物理教案VIP专享VIP免费

核反应和核能的利用一、核反应所有核反应的反应前后都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）核反应类型有衰变、人工转变、重核的裂变和轻核的聚变1、衰变：α衰变：（核内）β衰变：（核内）+β衰变：（核内）γ衰变：原子核处于较高能级，辐射光子后跃迁到低能级。2、人工转变：（发现质子的核反应）（发现中子的核反应）（人工制造放射性同位素）3、重核的裂变：在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。4、轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）二、核能——核反应中放出的能叫核能。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。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.原子核越大，它的结合能越高,因此有意义的是它的结合能与核子数之比，称做比结合能，也叫平均结合能。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.2．质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。3、爱因斯坦质能方程：E＝mc2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。4、核反应中由于质量亏损而释放的能量：△E=△mc2中等大小的核的比结合能最大(平均每个核子的质量亏损最大)，这些核最稳定。另一方面如果使较重的核分裂成中等大小的核，或者把较小的核合并成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，这样可以释放能量供人使用。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示1原子质量单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。5、对质能方程的理解定的质量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。能量总是守恒的，在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。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。三、释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小，所以铁原子核最稳定。凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核可以释放能量，1、重核的裂变：（1）重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应，称为裂变。如铀核裂变的一个方程：（2）链式反应：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，叫做核裂变的链式反应。裂变物质能够发生链式反应的最小体积叫做它的临界体积。铀核裂变的产物不同，释放的能量也不同。（3）核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：①核燃料。用浓缩铀（能吸收慢中子的铀235占3%~4%）。②减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速，以便被铀235吸收）。③控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。④冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。⑤水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。2、轻核的聚变：（1）两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，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聚变需要几百万度高温，所以又叫热核反应（2）聚变与裂变相比有很多优点①轻核聚变产能效率高。②地球上聚变燃料的储量丰富。③是轻核聚变反应更为安全、清洁...