物理选修3-5核能学案

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1、3—5学案5核能20世纪初人们只知道自然界存在着两种力：一种是万有引力，另-•种是电磁力（库仑力是一种电磁力）。在相同的距离上，这两种力的强度差别很大。电磁力大约要比万有引力强1036倍。基于这两种力的性质，原了核屮的质了要靠自身的引力来抗衡相互间的库仑斥力是不可能的。核物理学家猜想，原子核里的核子间冇第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核，后來的实验证实了科学家的猜测。探究点一核裂核力与核能1、核力：原子核里的核子间冇第三种相互作用存在，即存在着一种核力，是核力把核子紧紧地束缚在核内，形成稳定的原子核。核力特点：第一、核力是强相

2、互作用（强力）的一种表现。第二、核力是短程力，作用范围在2X10-15m左右。第三、核力存在于核子之间，每个核子只跟相邻的核子发生核力作用，这种性质称为核力的饱和性2、结合自吉：由于核子间存在着强人的核力，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。例如用强大的丫光子照射宛核，可以使它分解为-•个质子和一个屮子。从实验知道只冇当光子能量等于或大于2.22MeV时，这个反应才会发生。相反的过程一个质子和一个中子结合成何核，要放II*.2.22MeV的能量。这表明耍把原子核分开成核子耍吸收能戢，核子结合成原子核要放出能量，这个能量叫

3、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。3、质量亏损：（1）质最亏损科学家研究证明在核反应中原子核的总质量并不相等，例如精确计算表明：笊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的表现出來。（2）爱因斯坦质能方程：E=mc2相对论指出，物体的能量（E）和质量（m）之间存在着密切的关系，即已=卅式中，c为真空中的光速。爱因斯坦质能方程表明：物体所具冇的能量跟它的质量成正比。由于云这个数值十分

4、巨大，因而物体的能量是十分可观的。（3）核反应中由于质量亏损而释放的能量：c2物体贮藏着巨大的能量是不容置疑的，但是如何使这样巨大的能量释放出来？从爱因斯坦质能方程同样可以得出，物体的能量变化与物体的质量变化Am的关系：二△me，说明：①物体的质量包括静止质量和运动质量，质量亏损指的是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量有关的运动质量。②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。③在核反应中仍然遵守质量守恒定律、能量守恒定律。④质战只是物体具冇能戢多少及能量转变多少的一种量度。★探究点二核裂变1、核裂变（fission）逼核分裂成质量较小的核，释

5、放出核能的反应，称为裂变。核裂变释放的能量称为裂变能，也称核能或原子能。2、铀核的裂变（1）铀核的裂变的一种典型反应。gt/+o%T加d++（2）链式反应:这种由重核裂变产生的屮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。（3）临界体积（临界质量）：通常把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，相应的质量叫做临界质量。（4）裂变反应中的能量的计算。裂变前的质嚴：mv=390.3139灯0切kg,mn=1.6749x1O'27kg裂变后的质最:mRa=234.0016x10-27kg,mKr=152.6047x10—27kg,3mn=5.0247xl

6、O-27kg,质量"损:Am=0.3578xIO-27kg,AE=mc2=0.3578xIO-27x(3.0xl08)2j^oiMeV例题1、下列核反应中，表示核裂变的是（）A、像/T噹77z+；屉B、：Ct；N+昙C、2；苗+加1打加+翼K厂+3加D、+；Het：C+加★探究点三核聚变1、轻核聚变：采用轻核聚合成较重核引起结合能边和的方式可获得核能，这样的核反应称为氢核聚变。（1）氢核聚变反应：2iH+3iH-*42He+l0n+17.6MeV（2）释放能量:AE=zlz»c2=17.6MeV,平均每个核子释放能戢3MeV以上，约为裂变反应释放能量的3〜4倍从微观和宏观两

7、个角度说明核聚变发生的条件？微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15m,要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核Z间巨大的库仑斥力。宏观上：要使原子核具冇如此大的动能，就要把它加热到儿百万摄氏度的高温。聚变反应一口发生，就不再需耍外界给它能戢，靠口身产生的热就可以维持反应持续进行下去，在短时间释放巨大的能量，这就是聚变引起的核爆炸。说明：(1)热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太阳和很多恒星的内部温度高达107K以上，因而在那里进行着激烈的热核反应，不断