（高中物理）知識全解52原子核

1、高中物理知識全解 5.2 原子核一：原子核的組成關于原子核的內部信息，最早來源于天然放射現象。人們從破解天然放射現象入手，一步一步揭開了原子核的秘密。放射性現象 貝可勒爾發(fā)現鈾和含鈾的礦物質能夠發(fā)出看不見的射線，使人們認識到原子核也有復雜結構，揭開了人類研究原子核結構的序幕。通過對天然放射現象的研究，人們發(fā)現原子序數大于或等于83的所有天然存在的元素都有放射性，原子序數小于83的天然存在的元素有些也具有放射性，它們放射出來的射線共有三種：射線、射線、射線。1、物質發(fā)射射線的性質稱為放射性；具有放射性的元素稱為放射性元素；放射性元素自發(fā)地發(fā)出射線的現象叫做天然放射現象。2、受到貝可勒爾的發(fā)現的鼓

2、舞，瑪麗·居里和她的丈夫皮埃爾·居里在研究瀝青中鈾的放射時，發(fā)現了兩種放射性更強的新元素：釙和鐳三種射線的本質和特性 1、射線：速度可達光速的十分之一的氦核流，貫穿作用最弱，電離作用最強 2、射線：速度可達光速的的高速電子流，貫穿作用較強，電離作用較弱 3、射線：波長極短的電磁波，貫穿作用最強，電離作用最弱種 類本 質質 量u電 荷e速 度c電 離 性貫 穿 性射線氦核4+2最強最弱，紙能擋住射線電子1/18361較弱較強，很容易穿透黑紙，能穿透幾毫米厚的鋁板射線光子001最弱最強，能穿透幾厘米厚的鉛板和幾十厘米厚的混泥土三種射線在勻強磁場、勻強電場中垂直入射的偏轉情況：i

3、、勻強磁場ii、勻強電場注意：三種射線垂直入射正交電磁場的運動情況比較復雜，一定要靈活分析求解。【例題】將能夠同時釋放出、射線的放射性物質放在鉛盒底部，放射線通過窄孔o射到熒光屏上，屏上出現一個亮點p，如以下列圖所示，如果在放射源與熒光屏之間放一張厚紙，在紙與熒光屏間加電場或磁場，那么以下四個示意圖正確的選項是 答案：d【例題】在如以下列圖所示的帶有小孔o的鉛盒放有某種天然放射性元素，、三種射線沿豎直向上的方向從小孔o射出，打在水平放置的屏上a、b、c三點，且有ab>ac,粒子質量約為粒子質量的倍，粒子的速度約為光速的，粒子的速度約為光速，那么在鉛盒與水平屏之間可能存在 垂直于紙面向里的

4、勻強磁場垂直于紙面向外的勻強磁場水平向右的勻強電場水平向左的勻強電場答案：ad原子核結構1919年，盧瑟福用鐳放射的粒子轟擊氮原子核，從氮核中打出一個新粒子。根據這種粒子在電場和磁場中的偏轉情況，測出了它的質量和電荷，原來它就是氫原子核，叫質子，用p表示。以后，人們用同樣的方法從氟、鈉、鋁等原子核中打出了質子，因而，質子是原子核的組成局部。根據絕大多數原子核的質量與電荷量之比都大于質子的質量與電荷量之比，盧瑟福猜想原子核中還存在著另一種粒子，它的質量與質子相同，但是不帶電，并把這種粒子叫中子，用n表示。1932年，盧瑟福的學生查德威克通過實驗證實了這個猜想。中子不帶電，用符號n表示，中子質量為

5、：，質子和中子統(tǒng)稱核子。原子核：原子核常用符號表示，x表元素符號，a表示核的質量數，z表示核電荷數。1、質量數(a)質子數(z)十中子數(n)2、對原子而言：核電荷數(z)=原子序數=質子數=核外電子數3、同位數：質子數相同，中子數不同的同一種元素。同位數由于原子序數相同，故同位數有相同的化學性質。例：氫有三種同位數即：氫、氘、氚4、同素異形體：相同元素組成的不同形態(tài)的單質。例：碳元素有金鋼石、石墨、無定形碳等同素異形體二：放射性元素的衰變注意：衰變方程式要滿足電荷數守恒和質量數守恒。衰變衰變的實質是元素的原子核內兩個質子和兩個中子結合緊密以氦核的形式從原子核中拋射出來形成粒子流即氦核流。核內

6、衰變的一般方程為he 每發(fā)生一次衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數減小2，質量數減少4例：衰變衰變的實質是元素的原子核內的一個中子變成一個質子時放射出一個電子。核內衰變的一般方程為e 每發(fā)生一次衰變，新元素與原元素相比較，核電荷數增加1，質量數不變。例：拓展：+衰變：核內射線射線是伴隨衰變或衰變同時產生的、射線不改變原子核的質子數和質量數。其實質是放射性原子核在發(fā)生衰變或衰變時，產生某些新核時由于具有過多的能量而輻射出的光子。注意：核衰變中，光子是衰變后轉變的新核輻射的?！纠}】質子，中子和氘核的質量分別為和，質子和中子結合形成氘核時，放出射線，和，寫出核反響方程式，并求出光子的頻率？解：【

7、例題】一對正負電子相撞，可以轉化為兩個相同的光子，電子質量，那么光子的頻率是多大？解：三：半衰期定義：某放射性元素的原子核有半數發(fā)生衰變所需要的時間，叫做這種放射性元素的半衰期。假設某放射性元素的質量為，經過n個半衰期，那么：1、還剩下的放射性元素質量：2、已經發(fā)生了衰變的放射性元素質量：的原子核發(fā)生了衰變，該元素的半衰期為多少？解：注意：半衰期是根據衰變的概率而確定的，因此要正確理解它的物理意義。例：有20個某種放射性元素的原子，經過一個半衰期，那么：1還有10個原子未發(fā)生衰變。錯誤2可能還有17個原子未發(fā)生衰變。正確半衰期的決定因素：半衰期由放射性元素的原子核內部本身的因素所決定，不同放射

8、性元素的半衰期不一樣。跟原子所處的物理狀態(tài)如壓強、溫度等或化學狀態(tài)如單質或化合物等無關，與放射性元素的多少也無關。例：人工放射性同位數其強度容易控制，但是其半衰期是不可以控制的，放射性元素的半衰期都是穩(wěn)定的，不同種放射性元素的半衰期都是不一樣的。【例題】鈾238的半衰期是4.5×109(年),假使一塊礦石中含有1kg鈾238,經45億年后還剩多少鈾238？假設發(fā)生衰變的鈾238都變成了鉛206,礦石中含有多少鉛?這時鈾鉛比例是多少?寫出礦石中鈾、鉛比例隨時間變化的一般關系式,并說明能否根據這種鈾鉛比例判斷出礦石的年齡？其中t為某放射性元素的半衰期是的【例題】一小瓶含有某種放射性元素的

9、溶液，測得它1min放出個粒子，把它倒入某液體中，經過24小時取出一升液體，測得1min平均放出10個粒子，該放射性元素的半衰期為6小時，求液體的總體積？解：設液體總體積為v升，放射性元素的衰變與磁場問題的綜合運用注意：結合衰變的性質，動量守恒及帶電粒子在磁場中運動的有關性質綜合求解?！纠}】如以下列圖所示，兩個相切的圓表示一個靜止原子核發(fā)生某種核變化后，產生的兩種運動粒子在勻強磁場中的運動軌跡，可能的是 b原子核發(fā)生了衰變c原子核放出了一個正電子d原子核放出了一個中子【例題】一個靜止的放射性原子核處于垂直紙面向里的勻強磁場中，由于發(fā)生了衰變而形成了如下列圖的兩個圓形徑跡，兩圓半徑之比為1:1

10、6 a該原子核發(fā)生了衰變b反沖核沿小圓做逆時針方向運動c原靜止的原子核的原子序數為15d沿大圓和沿小圓運動的粒子的周期相同答案：abc四：原子核的人工轉變原子核的人工轉變：用高能粒子轟擊靶核，產生另一種新核的反響過程。注意：原子核的人工轉變要滿足電荷數守恒和質量數守恒。1、盧瑟福發(fā)現質子的核反響方程為：2、查德威克發(fā)現中子的核反響方程為：。3、約里奧·居里夫婦發(fā)現放射性同位素和正電子的核反響方程為：，其中p是p的同位素具有放射性，e為正電子i、自然界中沒有p，它是通過核反響生成的人工放射性同位素。ii、天然放射性同位素不過40多種，而今人工制造的放射性同位素已達1000多種，每種元素

11、都有了自己的放射性同位數。【例題】 以下說法正確的選項是 ( )a.nhche是衰變方程 b.hhhe是核聚變反響方程c.uthhe是核裂變反響方程d.healpn是原子核的人工轉變方程知，b、d兩選項正確答案：bd五：探測射線的方法放射線雖然看不見，但我們可根據放射線的粒子與其它物質作用時產生的一些現象來探知放射線的存在，這些現象主要有：1、使氣體或液體電離，這些離子可使過飽和蒸氣產生霧滴或使過熱液體產生氣泡。2、使照相底片感光3、使熒光物質產生熒光。注意：根據射線的這種效應，可以制成多種探測器。探測射線的幾種常見方法：威爾遜云室、氣泡室、蓋革 米勒計數器等。威爾遜云室威爾遜云室是英國物理學

12、家威耳遜18691959在1912年創(chuàng)造的。1、結構威耳遜云室主要局部是一個圓筒狀容器，下部是一個可以上下移動的活塞，上蓋是透明的，可以通過它來觀察和拍攝粒子運動的徑跡室內由光源通過旁邊的窗子照明少量放射性物質放射源放在室內側壁附近或放在室外，讓放射線從側壁的窗口射入。2、根本原理實驗時，先往云室里加少量的酒精，使室內充滿酒精的飽和蒸氣，然后使活塞迅速向下運動，室內氣體由于迅速膨脹，溫度降低，酒精蒸氣到達過飽和狀態(tài)這時如果有射線粒子從室內氣體中飛過，使沿途的氣體分子電離，過飽和酒精蒸氣就會以這些離子為核心凝結成霧滴，這些霧滴沿射線經過的路線排列，于是就顯示出了射線的徑跡注意：在云室看到的只是成

13、串的小液滴，它描述的是射線粒子運動的徑跡，而不是射線本身。3、現象分析粒子的質量比較大，在氣體中飛行不易改變方向，并且電離本領大，沿途產生的離子多，所以它在云室中的徑跡直而粗粒子的質量小，跟氣體碰撞時容易改變方向，并且電離本領小，沿途產生的離子少，所以它在云室中的徑跡比較細，且常常發(fā)生彎曲粒子的電離本領更小，一般看不到它的徑跡根據徑跡的長短和粗細，可以知道粒子的性質把云室放在磁場中，從帶電粒子運動軌跡的彎曲方向，可以知道粒子所帶電荷的正負；根據徑跡的曲率半徑的大小，還可以知道粒子的動量的大小等氣泡室氣泡室的原理同威爾遜云室的原理類似，所不同的是氣泡室里裝的是液體如：液態(tài)氫?？刂茪馀菔覂纫后w的溫

14、度和壓強，使室內溫度略低于液體的沸點當氣泡室內壓強降低時，液體的沸點變低，因此液體過熱，粒子通過液體時在它的周圍就有氣泡形成1、氣泡室在觀察比較稀少的碰撞事件時是有很大優(yōu)點的液體中原子擠得很緊，可以發(fā)生比氣體中多得多的核碰撞，而我們將有比用威爾遜云室好得多的時機來攝取所尋找的事件2、人們根據照片上記錄的情況，可以分析出粒子的帶電、動量、動能等情況。蓋革 米勒計數器蓋革 米勒計數器由德國物理學家蓋革和米勒在1928年研制成的，又稱gm計數器。1、結構管外面是一根玻璃管，里面是一個接在電源負極的導電圓筒，筒的中間有一條接正極的金屬絲管中裝有低壓的惰性氣體如氬、氖等，壓強約為1020kpa和少量的酒

15、精蒸氣或溴蒸氣在金屬絲和圓筒兩極間加上一定的電壓約100v，這個電壓稍低于管內氣體的電離電壓。2、根本原理當某種射線粒子進入管內時，它使管內的氣體電離，產生的電子在電場中被加速，能量越來越大，電子跟管中的氣體分子碰撞時，又使氣體分子電離，產生電子這樣，一個射線粒子進入管中后可以產生大量電子這些電子到達陽極，正離子到達陰極，在外電路中就產生一次脈沖放電，利用電子儀器可以把放電次數記錄下來。3、特點i、gm計數器放大倍數很大，非常靈敏，用它來檢測放射性是很方便的ii、 gm計數器只能用來計數，而不能區(qū)分射線的種類iii、 gm計數器不適合于極快速的計數iv、 gm計數器較適合于對、粒子進行計數。拓

16、展：另外，還有如閃爍計數器、乳膠照相、火花室和半導體探測器等探測裝置，利用這些裝置能更精確地測定粒子的各種性質。隨著科學技術的開展，探測射線的手段不斷改進，近年來，由于探測儀器大都和電子計算機直接連接，實現了對實驗全過程電子計算機控制、計算和數據處理，已經使實驗方法高度自動化。六：放射性同位素的應用1、利用射線的性質：射線電離性強，用于使空氣電離，將靜電泄出，從而消除有害靜電。射線貫穿性強，可用于測金屬厚度，也可用于治療惡性腫瘤。各種射線均可使dna發(fā)生突變，可用于生物工程，基因工程。2、用放射性同位素作為示蹤原子：用于研究農作物化肥需求情況，診斷甲狀腺疾病的類型，研究生物大分子結構及其功能。

17、3、進行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木質文物的產生年代。注意：實際應用中一般使用人工制造的放射性同位素種類齊全，可制成各種形狀，強度容易控制。【例題】關于放射性同位素應用的以下說法中正確的有 a.放射線改變了布料的性質使其不再因摩擦而生電，因此到達消除有害靜電的目的b.利用射線的貫穿性可以為金屬探傷，也能進行人體的透視c.用放射線照射作物種子能使其dna發(fā)生變異，其結果一定是成為更優(yōu)秀的品種d.用射線治療腫瘤時一定要嚴格控制劑量，以免對人體正常組織造成太大的危害【例題】正電子發(fā)射型計算機斷層顯像(pet)的根本原理是：將放射性同位素o注入人體，o在人體內衰變放出的正電子與人體內的

18、負電子相遇湮滅轉化為一對光子，被探測器采集后，經計算機處理生成清晰圖象那么根據pet原理判斷以下表述正確的選項是 ( )a.o在人體內衰變方程是one b正、負電子湮滅方程是ee2c在pet中，o主要用途是作為示蹤原子 d在pet中，o主要用途是參與人體的新陳代謝解析：由題意知a、b正確，顯像的原理是采集光子，即注入人體內的o衰變放出正電子和人體內的負電子湮滅轉化為光子，因此o主要用途是作為示蹤原子，故c對，d錯答案：abc七：輻射與平安 人類從來就生活在有放射性的環(huán)境之中。然而過量的放射對人體組織有破壞作用，這些破壞往往是對細胞核的破壞，有時不會馬上覺察。因此，在使用放射性物質時，必須嚴格遵

19、守操作規(guī)程，注意人身平安，同時要防止放射性物質對空氣、水源、用具等的污染。八：核力與結合能四中根本相互作用：萬有引力、電磁力、強相互作用、弱相互作用。1、核力：原子核的半徑很小，其中質子之間的庫侖力很大，受到這么大的庫侖斥力原子核卻能是穩(wěn)定狀態(tài)，一定還有另外一種力把各核子緊緊地拉在一起，這種力叫做核力。核力的特點：i、核力是強相互作用強力的一種表現。在原子核的尺度內，核力比庫侖力大得多。ii、核力是短程力，作用范圍在之內。核力在大于時表現為吸引力，且隨著距離增大而減小，超過時，核力表現為斥力，因此核子不會融合在一起。iii、每個核子只能跟臨近的核子發(fā)生核力作用，這種性質稱為核力的飽和性。與核子

20、的電性無關原子核的核子間有三種相互作用：萬有引力、電磁力、強相互作用。2、弱相互作用弱力：弱相互作用是引起原子核衰變的原因，即引起中子質子轉變的原因。弱相互作用也是短程力，其力程比強力還更短，為，作用強度比電磁力小。原子核中質子與中子的比例1、性質：隨著原子序數的增加，較輕的原子核質子數與中子數大致相等，但對于較重的原子核中子數大于質子數，越重的元素，兩者相差越多。2、原因：假設質子與中子成對地人工構建原子核，隨著原子核的增大，核子間的距離增大，核力和電磁力都會減小，但核力減小得更快。所以當原子核增大到一定程度時，相距較遠的質子間的核力缺乏以平衡它們之間的庫侖力，這個原子核就不穩(wěn)定了。假設只增

21、加中子，中子與其它核子沒有庫侖斥力，但有相互吸引的核力，所以有助于維系原子核的穩(wěn)定，所以穩(wěn)定的重原子核里中子數要比質子數多。由于核力的作用范圍是有限的，以及核力的飽和性，假設再增大原子核，一些核子間的距離會大到其間恨本沒有核力的作用，這時候即使再增加中子，形成的核也一定是不穩(wěn)定的。注意：在宇宙演化的進程中，各種粒子有時機進行各種組合，但那些不穩(wěn)定的組合逐漸瓦解，只有200多種穩(wěn)定的原子核長久地留了下來。結合能結合能：把原子核完全分解成組成該核的核子需要添加的能量。比結合能：原子核越大，它的結合能越高,因此有意義的是它的結合能與核子數之比，稱做比結合能，也叫平均結合能。比結合能越大,表示原子核中

22、核子結合得越牢固,原子核越穩(wěn)定。注意：不同原子核的比結合能是不一樣的，中等大小的核的比結合能最大平均每個核子的質量虧損最大，這些核最穩(wěn)定?！纠}】假設兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反響生成氦的同位素和中子，氘核的質量是2.013 6 u，中子的質量是1.008 7 u，氦核同位素的質量是3.015 0 u.(1)聚變的核反響方程式是_，在聚變核反響中釋放出的能量為_mev(保存兩位有效數字)(2)假設氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反響方程式為hheli，各核子比結合能分別為eh1.112 mev、ehe7.075 mev、eli5.603 mev，試求此核反響過程中釋放的核能7個核子結合成li，

23、釋放的能量為e27×5.603 mev39.221 mev所以此核反響過程中釋放的核能為ee2e139.221 mev31.636 mev7.585 mev.愛因斯坦質能方程注意：結合愛因斯坦質能方程求解核反響過程中有關核能的問題。【】注意：正確理解愛因斯坦質能方程。愛因斯坦質能方程說明能量也是有質量的，只不過這種質量叫運動質量。物質的總質量包括靜質量和運動質量，其中運動質量以能量的形式表達，運動質量與能量間的數量關系【而不是轉化轉變關系】為。任何物理或化學過程中物質都不會被消滅或創(chuàng)生，但是物質的靜質量和運動質量在一定條件下可以相互轉變，而總的質量仍然保持不變。例：在核反響時輻射出來

24、的光子具有一定的能量，所以根據質能方程可知光子由于運動而有一定的運動質量，當然也具有了一定的動量。而一般我們所說的質量數是指粒子靜止時的相對質量，所謂光子的質量數為零即指光子靜止時的相對質量為零即靜質量為零?！纠}】印度第一艘自主研發(fā)的核潛艇于年7月26日正式下水，成為世界第六個擁有核潛艇的國家核動力潛艇是潛艇中的一種類型，指以核反響堆為動力來源設計的潛艇在核反響中有一種是一個u原子核在中子的轟擊下發(fā)生的一種可能的裂變反響，其裂變方程為unxsr10n，那么以下表達正確的選項是 ax原子核中含有54個質子 bx原子核中含有53個中子c裂變時釋放能量是因為虧損的質量變成了能量 d裂變時釋放能量，

25、出現質量虧損，質量數不守恒【例題】一個u原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反響，其裂變方程為unxsr2n，那么以下表達正確的選項是 ( )ax原子核中含有86個中子bx原子核中含有141個核子c因為裂變時釋放能量，根據emc2，所以裂變后的總質量數增加d因為裂變時釋放能量，出現質量虧損，所以生成物的總質量數減少2、質量虧損并不是這局部質量消失或轉變?yōu)槟芰?，而是虧損的質量以能量的形式釋放，成為運動質量。即靜質量減少，運動質量增加，總質量守恒。3、在核反響中仍然遵守質量守恒定律、能量守恒定律。4、質量只是物體具有能量多少及能量轉變多少的一種量度。例：核反響吸收或釋放的核能都是由反響前后每個粒

26、子質量發(fā)生了微小的變化而產生的，反響前后的粒子數不會創(chuàng)生也不會湮滅，反響前后的粒子數一定是守恒的。例：質量為m的物體，具有的能量為。注意：這里的能量是指物體蘊藏的能量即靜止能【例題】關于愛因斯坦質能方程，以下哪些說法是正確的 a、質量減少，能量增加，在一定條件下質量轉化為能量。b、物體獲得一定的能量，它的質量也相應地增加一定值。c、物體一定有質量，但不一定有能量，所以質能方程只是某種特殊條件下的數量關系。d、某一定量的質量總是與一定量的能量相聯系。e、但凡具有質量的物體都具有能量，物體的質量與能量的關系為：f、原子核質量虧損，那么對應釋放的能量為：答案：bdef有用性質：1u相當于9315me

27、v，其中u為原子質量單位：1u=1.6605402±0.0000010×1027kg ，lmev= l06 ev，lev1.6022×1019j (解題時能量單位靈活選用求解)注意：應用公式e=931.5m求解時，e的單位為兆電子伏mev，m的單位為原子質量單位?！纠}】一個靜止的氡核rn，放出一個粒子后衰變?yōu)獒暫藀o，同時放出能量為e0.09 mev的光子假設放出的核能完全轉變?yōu)獒暫伺c粒子的動能，不計光子的動量m氡222.086 63 u、m4.002 6 u、m釙218.076 6 u,1 u相當于931.5 mev的能量(1)寫出上述核反響方程(2)求出發(fā)生

28、上述核反響放出的能量(3)確定釙核與粒子動能【例題】一個鈹核和一個粒子反響后生成一個碳核，放出一個中子并釋放出5.6mev的能量。1寫出這個核反響方程； 2如果鈹核和粒子共130g，且剛好反響完，求共放出多少能量？3這130g物質反響過程中，其質量虧損是多少？3質量虧損：核反響問題與愛因斯坦質能方程、動量守恒及化學知識等的綜合運用注意：核反響方程式要滿足電荷數守恒和質量數守恒?！纠}】钚的放射性同位素pu靜止時衰變?yōu)殁櫤思ぐl(fā)態(tài)u*和粒子，而鈾核激發(fā)態(tài)u*立即衰變?yōu)殁櫤藆，并放出能量為0.097 mev的光子，寫出上述過程的衰變方程。解：衰變方程為：puu*he ， u*u ， puuhe 【例

29、題】靜止的鐳核ra發(fā)生衰變，釋放出的粒子的動能為，假設衰變時能量全部以動能形式釋放出來，那么衰變過程中總的質量虧損是多少？ 【例題】如以下列圖所示，有界勻強磁場的磁感應強度為b，區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面向里，直角坐標系xoy的y軸為磁場的左邊界，x軸為磁場的下邊界。a為固定在x軸上的一個放射源，內裝鐳核ra沿著與+x成角方向釋放一個粒子后衰變成氡核。粒子在y軸上的n點沿方向飛離磁場，n點到o點的距離為l，oa間距離為，粒子質量為m，電荷量為q，氡核的質量為。1寫出鐳核的衰變方程。2如果鐳核衰變時釋放的能量全部變?yōu)榱Ｗ雍碗焙说膭幽芮笠粋€原來靜止的鐳核衰變時放出的能量?！纠}】一個中子以19 &

30、#215;107 m/s的速度射中一個靜止的氮核,并發(fā)生核反響，生成甲、乙兩種新核，它們的運動方向與中子原來的運動方向相同，測得甲核質量是中子質量的11倍，速度是1×106m/s，乙核垂直進入b=2 t的勻強磁場中做勻速圓周運動的半徑為r=002 m，中子質量=16×1027kg，e=16×1019c，求乙核是何種原子核？并寫出核反響方程。因為甲核的質量為11，電量為5e,，所以甲核為九：重核的裂變與輕核的聚變注意：裂變和聚變方程式要滿足電荷數守恒和質量數守恒。重核的裂變重核：質量數很大的原子核重核的裂變：重核俘獲一個中子后分裂為兩個或幾個中等質量數的原子核的反響

31、過程叫重核的裂變；在裂變的同時，還會放出幾個中子和大量能量。 裂變方程式例舉： 1、裂變中放出中子，數目有多有少，中子的速度也有快有慢，以鈾235裂變?yōu)槔?，裂變時產生2或3個中子，如果這些中子再引起其它鈾235核裂變，就可使裂變反響不斷地進行下去，這種反響叫鏈式反響。利用重核裂變釋放核能時選用鈾235的主要原因是鈾235比較容易發(fā)生鏈式反響。2、通常把裂變物質能夠發(fā)生鏈式反響的最小體積叫做它的臨界體積，相應的質量叫做臨界質量。注意：原子彈爆炸時，鈾塊鈾235純度大于90%的武器級高濃縮鈾的體積大于臨界體積，鈾核裂變產生的快中子直接被鈾核吸收，發(fā)生裂變鏈式反響，放出核能，鏈式反響不可控制，極短時

32、間內放出大量的核能。而核反響堆中的鈾是3%-4%的低濃縮鈾，3%-4%的低濃縮鈾只吸收慢中子，人們可以通過慢化劑將鈾核裂變產生的快中子減速，快中子跟慢化劑中的原子核碰撞后，中子能量減少，變?yōu)槁凶樱c此同時，人們還可以通過控制棒吸收中子，控制中子的數量進而使原子核的鏈式反響在人工控制下進行，可以建成核電站。 注意：鈾核受到中子的轟擊，會引起裂變，裂變的產物是多種多樣的，具有極大的偶然性，但裂變成兩塊的情況比較多，也有的裂變成多塊的情況，并放出幾個中子。例：當一個重核裂變時，假設產生兩個核，那么這兩個核可能是多種形式的兩個核的組合。【例題】我國科學家研制“兩彈所涉及的根本核反響方程有： (1)

33、unsrxekn(2)hhhedn關于這兩個方程的以下說法，正確的選項是 ( )a方程(1)屬于衰變 b方程(2)屬于輕核聚變c方程(1)中k10，方程(2)中d1 d方程(1)中k6，方程(2)中d1重核裂變的應用：1：原子彈2：核電站核反響堆的構造：i、核燃料用鈾棒【含3%-4%的低濃縮鈾】。注意：鈾核裂變產生的快中子通過3%-4%的低濃縮鈾時，由于鈾的濃度太低，鈾核不能“捉住它，不能發(fā)生裂變鏈式反響，所以3%-4%的低濃縮鈾只吸收慢中子。實驗證明，速度與熱運動速度相當的中子最適合引發(fā)裂變，這樣的中子就是“熱中子，或稱慢中子。ii、慢化劑用石墨、重水或普通水。iii、控制棒用鎘做成鎘吸收中

34、子的能力很強。iv、冷卻劑用水或液態(tài)的金屬鈉把反響堆內的熱量傳遞出去。在核電站中，為了防止放射性物質泄漏，核反響堆有三道防護屏障：燃料包殼(鋼為材料)、壓力殼(鋼為材料)和平安殼混凝土為材料。核反響堆中的核廢料具有很強的放射性，目前常用的處理方法是將其裝入特制的容器中，然后深埋地下。輕核的聚變輕核：質量數很小的原子核如氫核、氘核等輕核的聚變：某些輕核結合成質量數較大的原子核的反響過程叫做輕核的聚變，同時放出大量的能量 輕核聚變方程例舉 要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離到達m以內，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的庫侖力。有一種方法就是通過加熱可以到達這

35、一目的，輕核聚變要在超高溫需要幾百萬開爾文的高溫條件下，故輕核聚變也叫做熱核反響。熱核反響一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量靠自身產生的熱就會使反響繼續(xù)下去，并且放出巨大能量。所以輕核聚變開始時需要外界提供能量即吸收能量，反響一旦發(fā)生就不再需要外界提供能量，同時放出巨大能量注意：高能激光可以激發(fā)輕核聚變，但射線的照射不能激發(fā)輕核聚變?！纠}】如以下列圖所示是原子核的核子平均質量與原子序數z的關系圖象，以下說法中正確的選項是 假設d、e能結合成f，結合過程一定要釋放能量。假設d、e能結合成f，結合過程一定要吸收能量。c、假設a能分裂成b、c，分裂過程一定要釋放能量。d、假設a能分裂成b、c，分裂過

36、程一定要吸收能量。解析：輕核聚變的結合過程與重核裂變的分裂過程都說明已經發(fā)生了核反響，故ac正確。拓展：大陽的主要成分是氫，太陽的中心溫度達，所以太陽內部進行著劇烈的熱核反響，輻射大量光子，根據質能方程，可知太陽的質量在不斷減小。由萬有引力定律知，太陽對地球的萬有引力也在不斷減小。根據牛頓第二定律知，日、地距離將不斷增大。由=知，地球環(huán)繞太陽運動的速度將減小或地球克服引力做功，動能減小，所以地球運行周期將增大。由于太陽質量不斷減小，輻射光子的功率不斷減小，而增大，所以輻射到地球外表熱功率也不斷減小。這樣，地球外表溫度也將逐漸降低?！纠}】年世博會太陽能應用技術引領了世界太陽能屋頂、太陽能幕墻、

37、太陽能汽車、太陽能動態(tài)景觀，科學研究發(fā)現太陽發(fā)光是由于其內部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反響，即在太陽內部4個氫核(h)轉化成一個氦核(he)和兩個正電子(e)并放出能量質子質量mp1.007 3 u，粒子的質量m4.001 5 u，電子的質量me0.000 5 u,1 u的質量相當于931 mev的能量(1)寫出該熱核反響方程；(2)一次這樣的熱核反響過程中釋放出多少mev的能量？(結果保存四位有效數字)解：(1)4hhe2e(2)m4mpm2me4×1.007 3 u4.001 5 u2×0.000 5 u0.026 7 uemc20.026 7 u×931

38、mev24.86 mev【例題】太陽中含有大量的氘核，因氘核不斷發(fā)生核反響釋放大量的核能，以光和熱的形式向外輻射氘核質量為2.013 6 u，氦核質量為3.015 0 u，中子質量為1.008 7 u，1 u的質量相當于931.5 mev的能量那么：(1)完成核反響方程：hh_n.(2)求核反響中釋放的核能(3)在兩氘核以相等的動能0.35 mev進行對心碰撞，并且核能全部轉化為機械能的情況下，求反響中產生的中子和氦核的動能輕核聚變的應用：目前主要應用于核武器例：氫彈。1、聚變與裂變相比有很多優(yōu)點。第一：輕核聚變產能效率高，相同質量的核燃料，輕核聚變要比重核裂變產生的熱量多即聚變反響比裂變反響

39、每個核子釋放的平均能量更大。第二：地球上聚變燃料的儲量豐富。第三：輕核聚變更為平安、清潔。實現輕核聚變的難點是，地球上沒有任何容器能夠經受如此高的溫度。為了解決這個難題，科學家設想了兩種方案即磁約束和慣性約束。2、比較樂觀的估計21世紀中葉有可能在輕核聚變的技術上取得突破，一旦能夠穩(wěn)定地輸出聚變能，世界上將不再會有“能源危機，因為海水中含有大量核聚變的材料氘，通過核聚變能釋放大量的核能。十：粒子和宇宙“根本粒子不根本1897年湯姆生發(fā)現了電子，后來發(fā)現了質子和中子。于是許多人認為“光子、電子、質子、中子是組成物質的不可再分的粒子，所以把它們叫“根本粒子。然而，隨著科學的開展，人們一方面發(fā)現了數以百計的不同種類的新粒子，它們都不是由質子、中子、電子組成；另一方面，科學家們又發(fā)現質子、中子本身