人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：第4節(jié) 核裂變和核聚變

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第4節(jié)核裂變和核聚變核心素養(yǎng)物理觀念科學(xué)思維科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.知道什么是核裂變。2.知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件，并能計算裂變釋放的核能。3.了解裂變反應(yīng)堆的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度以及核電站的工作模式。4.知道什么是聚變反應(yīng)，會計算核聚變中釋放的核能。5.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展。1.體會核“燃料”是高質(zhì)量、高密度的新能源。2.體會核能對人類社會是一把“雙刃劍”的論述。核裂變與核聚變在高科技中的應(yīng)用知識點(diǎn)一核裂變的發(fā)現(xiàn)〖觀圖助學(xué)〗新華社十六日訊一九六四年十月十六日十五時，中國爆炸了一顆原子彈，成功地進(jìn)行了第一次核試驗(yàn)。這是中國人民在加強(qiáng)國防力量、反對美帝國主義核訛詐和核威脅政策的斗爭中所取得的重大成就。保護(hù)自己，是任何一個主權(quán)國家不可剝奪的權(quán)利。保衛(wèi)世界和平，是一切愛好和平的國家的共同職責(zé)。面臨著日益增長的美國的核威脅，中國不能坐視不動。中國進(jìn)行核試驗(yàn)，發(fā)展核武器，是被迫而為的。你知道原子彈的原理嗎？1964年10月16日，我國第一顆原子彈爆炸成功1.核裂變：重核被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊的核反應(yīng)。2.鈾核裂變：用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多樣的，其中一種典型的鈾核裂變是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n。3.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：由重核裂變產(chǎn)生的中子使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。4.臨界體積和臨界質(zhì)量：把核裂變物質(zhì)能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的最小體積叫作它的臨界體積，相應(yīng)的質(zhì)量叫作臨界質(zhì)量。5.核裂變的能量：1kg鈾235全部發(fā)生核裂變放出的能量相當(dāng)于2__800__t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時釋放的化學(xué)能?！妓伎寂袛唷?1)鈾核裂變的產(chǎn)物是固定的，就是生成鋇和氪，同時放出3個中子。(×)(2)裂變中放出的中子數(shù)目是固定的3個中子。(×)(3)只有鈾塊的體積大于臨界體積時，才能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。(√)知識點(diǎn)二反應(yīng)堆與核電站1.核反應(yīng)堆：控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的核心設(shè)施是核反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：(1)燃料：鈾棒。(2)慢化劑：鈾235容易捕獲慢中子發(fā)生反應(yīng)，采用石墨、重水或普通水做慢化劑。(3)控制棒：為了調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，還需要在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒。鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，將鎘棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度會慢一些，這種鎘棒叫做控制棒。2.核電站——利用核能發(fā)電的裝置(1)工作原理：核燃料裂變釋放的能量，使反應(yīng)區(qū)溫度升高。(2)能量輸出：利用水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電。同時也使反應(yīng)堆冷卻。(3)核污染的處理：為避免射線對人體的傷害和放射性物質(zhì)對水源、空氣和工作場所造成的放射性污染，在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變反應(yīng)放出的各種射線，核廢料具有很強(qiáng)的放射性，需要裝入特制的容器，深埋地下?！妓伎寂袛唷?1)在核反應(yīng)中，中子的速度越大越容易擊中鈾核。(×)(2)核反應(yīng)堆是通過調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度。(√)(3)核反應(yīng)堆用過的核廢料無毒無害。(×)知識點(diǎn)三核聚變〖觀圖助學(xué)〗1967年6月17日上午8時20分，我國西部地區(qū)新疆羅布泊上空，我國第一顆氫彈爆炸試驗(yàn)獲得完全成功。五十多年過去了，試驗(yàn)全過程中的困難、艱辛、風(fēng)險與酸楚，時時猶在眼前。你知道氫彈的原理嗎？1.核聚變(1)定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出能量的反應(yīng)。(2)舉例：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋17.6MeV。(3)條件：要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，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斥力，這就要求原子核具有足夠的動能，有一種方法就是把它們加熱到很高的溫度，溫度高達(dá)幾百萬開爾文，因此聚變又叫熱核反應(yīng)。(4)應(yīng)用：目前，熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是氫彈，需要用原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)核爆炸。(5)太陽能：太陽的主要成分是氫，太陽中心溫度可達(dá)1.5×107K，在此高溫下，氫核聚變成氦核的反應(yīng)不停地進(jìn)行著，太陽能就來自于太陽內(nèi)部聚變釋放的核能?！妓伎寂袛唷?1)核聚變時吸收能量。(×)(2)核聚變平均每個核子放出的能量，比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大。(√)(3)熱核反應(yīng)主要用在核武器上，那就是原子彈。(×)2.受控?zé)岷朔磻?yīng)(1)聚變的優(yōu)點(diǎn)：第一：輕核聚變產(chǎn)能效率高。第二：地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。第三：輕核聚變更為安全、清潔，控制溫度，可控制反應(yīng)，而且生成的廢物數(shù)量少、易處理。(2)聚變的難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受熱核反應(yīng)的高溫。(3)控制方法①磁約束：利用磁場約束參加反應(yīng)的物質(zhì)，目前最好的一種磁約束裝置是環(huán)流器。②慣性約束：聚變物質(zhì)因自身的慣性，在極短時間內(nèi)來不及擴(kuò)散就完成了核反應(yīng)，在慣性約束下，用激光從各個方向照射反應(yīng)物，使它們“擠”在一起發(fā)生反應(yīng)?！妓伎寂袛唷?1)輕核聚變比裂變更安全、清潔。(√)(2)實(shí)現(xiàn)核聚變的難點(diǎn)是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。(√)(3)現(xiàn)在聚變只要達(dá)到臨界質(zhì)量就可以發(fā)生。(×)形象記憶：核裂變類似于生物學(xué)中的細(xì)胞分裂。重核裂變是人工控制的核反應(yīng)。裂變過程不是中子把重核撞碎，而是中子打入到原子核內(nèi)部，形成不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)核，而后分裂成新核。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)開始后的自發(fā)進(jìn)行是因?yàn)榉磻?yīng)后的中子被其他原子核捕獲而持續(xù)進(jìn)行，而原子核的衰變是無條件自發(fā)產(chǎn)生的。鈾的同位素中鈾235最易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在天然鈾中，主要有兩種同位素，99.3%的是鈾238，只有0.7%的是鈾235，中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同。(1)鈾235：捕獲各種能量的中子都會發(fā)生裂變，且捕獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大。(2)鈾238：只有捕獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變，且裂變的概率小。能量低于1MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起裂變。因此，為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好利用純鈾235。重水是兩個氘原子與一個氧原子形成的化合物，它的化學(xué)性質(zhì)與普通水相同，但分子質(zhì)量比普通水的大。(1)控制棒由鎘棒制成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，在鈾棒之間插進(jìn)一些鎘棒，可以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度。(2)鎘有吸收中子的特性，通過吸收中子來控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，而原子彈需要在極短的時間內(nèi)釋放大量核能，發(fā)生猛烈爆炸，不需要控制速度，故不需要鎘棒。核聚變可以在恒星內(nèi)部自發(fā)進(jìn)行，也可以進(jìn)行人工核聚變(氫彈)。相同質(zhì)量的核材料聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)能放出更多能量的原因。聚變反應(yīng)中平均每個核子釋放能量較多，是裂變的3～4倍。如一個氚核和一個氘核結(jié)合成一個氦核時放出能量17.6MeV，平均每個核子放出能量約為3.5MeV；而一個鈾235裂變時放出能量約為200MeV，平均每個核子放出的能量不到1MeV。如氚和氘聚變成1kg氦時，氦原子核個數(shù)為eq\f(1000,4)×6.02×1023，其放出的能量為E1＝eq\f(1000,4)×6.02×1023×17.6MeV≈2.65×1027MeV；1kg的鈾所含原子核個數(shù)為eq\f(1000,235)×6.02×1023，其放出的能量為E2＝eq\f(1000,235)×6.02×1023×200MeV≈5×1026MeV。核心要點(diǎn)重核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)〖觀察探究〗如圖為核裂變示意圖。(1)重核裂變是一種天然現(xiàn)象嗎？(2)只要有中子轟擊鈾塊就可以產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)嗎？〖提*示〗(1)重核的裂變不能自發(fā)地進(jìn)行，只能發(fā)生在人工控制的核反應(yīng)中。(2)只有達(dá)到鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件時，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)才能進(jìn)行下去?！继骄繗w納〗1.鈾核的裂變(1)鈾核受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，使核處于激發(fā)狀態(tài)，由于核子的激烈運(yùn)動，使核變成不規(guī)則的形狀。(2)鈾核分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時放出2～3個中子。(3)核能的釋放：裂變中比結(jié)合能變大，因而釋放核能。(4)常見的裂變方程①eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n②eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n2.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件(1)有慢中子轟擊。(2)鈾塊的體積大于臨界體積，或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量。以上兩個條件滿足一個，則另一個條件自動滿足。3.裂變反應(yīng)的能量鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量。一個鈾235核裂變時釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒釋放的化學(xué)能，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫。4.鈾的同位素中鈾235比鈾238更容易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?！荚囶}案例〗〖例1〗(多選)關(guān)于重核裂變的說法正確的是()A.重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時，重核的中子數(shù)要比裂變后的兩個中等質(zhì)量核的中子數(shù)多B.只要用中子轟擊鈾塊，就一定能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C.為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，不能利用裂變時產(chǎn)生的中子D.裂變過程中釋放能量，質(zhì)量虧損審題指導(dǎo)解答本題時應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)原子核裂變時釋放能量。(2)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件。(3)核反應(yīng)遵循的規(guī)律?！冀馕觥街睾肆炎?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時，會產(chǎn)生兩到三個中子，因而分裂后的中子數(shù)減小，選項(xiàng)A正確；鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生是有條件的，鈾塊的體積必須大于其發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的臨界體積，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一旦發(fā)生，中子轟擊鈾核裂變產(chǎn)生的中子再次引起其他鈾核的裂變，且能不斷繼續(xù)下去，選項(xiàng)B、C錯誤；重核裂變時質(zhì)量發(fā)生虧損，總能量減小，減小的能量對外釋放，選項(xiàng)D正確?！即鸢浮紸D〖針對訓(xùn)練1〗鈾核裂變時，對于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說法正確的是()A.鈾塊的質(zhì)量是重要因素，與體積無關(guān)B.為了使鈾235裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時產(chǎn)生的快中子C.若鈾235的體積超過它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生D.裂變能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無關(guān)〖解析〗要發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須使鈾塊體積(或質(zhì)量)大于臨界體積或臨界質(zhì)量，故選項(xiàng)A、D錯誤，C正確；鈾235俘獲慢中子發(fā)生裂變的概率大，快中子使鈾235發(fā)生裂變的幾率小，故選項(xiàng)B錯誤?！即鸢浮紺核心要點(diǎn)裂變過程中核能的分析與計算〖要點(diǎn)歸納〗鈾核裂變釋放核能的計算1.首先算出裂變反應(yīng)中發(fā)生的質(zhì)量虧損Δm。2.根據(jù)ΔE＝Δmc2計算釋放的核能計算時注意Δm與ΔE單位的對應(yīng)關(guān)系，若Δm用kg做單位，ΔE用J做單位；Δm用u做單位，ΔE用MeV做單位，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量。3.若計算一定質(zhì)量的鈾塊完全裂變時放出的核能，應(yīng)先算出鈾塊中有多少個鈾核(設(shè)為n)，則鈾塊裂變釋放的核能E＝nΔE?！荚囶}案例〗〖例2〗現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應(yīng)之一是：eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(143,60)Nd＋Zr＋3eq\o\al(1,0)n＋8eq\o\al(0,－1)e＋ν(1)核反應(yīng)方程中的ν是中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零，試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0439u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u；又知1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，試計算1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？〖解析〗(1)鋯的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40，質(zhì)量數(shù)A＝236－146＝90；核反應(yīng)方程中應(yīng)用符號eq\o\al(90,40)Zr表示。(2)1kg鈾235的鈾核數(shù)為n＝eq\f(1000,235)×6.02×1023＝2.56×1024(個)不考慮核反應(yīng)中生成的電子質(zhì)量，一個鈾核反應(yīng)發(fā)生的質(zhì)量虧損為Δm＝mU＋mn－mNd－mZr－3mn＝0.212u因此1kg鈾235完全裂變產(chǎn)生的能量約為E＝n·Δm×931.5MeV＝2.56×1024×0.212×931.5MeV＝5.06×1026MeV。〖答案〗(1)4090(2)5.06×1026MeV〖針對訓(xùn)練2〗核反應(yīng)堆的功率為104kW，1h消耗燃料8.75g，已知每個鈾235裂變時放出2×108eV的能量，求該燃料中鈾235的質(zhì)量百分之比。〖解析〗該反應(yīng)堆每小時輸出的能量為E＝Pt＝107×3600J＝3.6×1010J設(shè)放出這些能量消耗的純鈾235的質(zhì)量為mg，則E＝eq\f(m,235)×6.02×1023×2×108×1.6×10－19J≈8.2×1010mJ則純鈾235的質(zhì)量m＝eq\f(3.6×1010,8.2×1010)g≈0.439g鈾235的質(zhì)量百分比是eq\f(0.439,8.75)≈0.05＝5%?！即鸢浮?%核心要點(diǎn)核電站〖要點(diǎn)歸納〗1.核電站的主要部件及作用如下表部件名稱項(xiàng)目慢化劑控制棒熱循環(huán)介質(zhì)保護(hù)層采用的材料石墨、重水或普通水(也叫輕水)鎘水或液態(tài)的金屬鈉很厚的水泥外殼作用降低中子速度，便于鈾235吸收吸收中子，控制反應(yīng)速度把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去屏蔽射線，防止放射性污染2.核電站發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)(1)消耗的核燃料少。(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采儲量大，所能提供的能量大。(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電小?！荚囶}案例〗〖例3〗如圖是慢中子反應(yīng)堆的示意圖，對該反應(yīng)堆的下列說法正確的是()A.鈾235容易吸收快中子后發(fā)生裂變反應(yīng)B.快中子跟慢化劑的原子核碰撞后的能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)C.控制棒由鎘做成，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使控制棒插入淺一些，讓它少吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些D.要使裂變反應(yīng)更激烈一些，應(yīng)使控制棒插入深一些，使大量快中子碰撞控制棒后變成慢中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會快一些〖解析〗快中子容易與鈾235擦肩而過，快中子跟慢化劑的原子核碰撞后能量減少，變成慢中子，慢中子容易被鈾235俘獲而引起裂變反應(yīng)，選項(xiàng)B正確，A錯誤；控制棒由鎘做成，鎘吸收中子的能力很強(qiáng)，當(dāng)反應(yīng)過于激烈時，使控制棒插入深一些，讓它多吸收一些中子，鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度就會慢一些，選項(xiàng)C、D都錯誤?！即鸢浮紹〖針對訓(xùn)練3〗(多選)關(guān)于核反應(yīng)堆，下列說法正確的是()A.鈾棒是核燃料，裂變時釋放核能B.鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率C.石墨的作用是吸收中子D.冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱能〖解析〗鈾棒是核燃料，裂變時可放出能量，故選項(xiàng)A正確；鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，作用是調(diào)節(jié)中子數(shù)目以控制反應(yīng)速度，即控制反應(yīng)堆功率，故選項(xiàng)B正確；慢中子最容易引發(fā)核裂變，所以在快中子碰到鈾棒前要進(jìn)行減速，石墨的作用是使中子減速，故選項(xiàng)C錯誤；水或液態(tài)金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去，用于發(fā)電，同時也使反應(yīng)堆冷卻，控制溫度，故選項(xiàng)D正確。〖答案〗ABD核心要點(diǎn)對核聚變的理解〖觀察探究〗如圖為氫彈原理示意圖。(1)核聚變需要滿足什么條件？(2)為什么要用原子彈才能引爆氫彈？〖提*示〗(1)要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m。(2)它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸?！继骄繗w納〗1.聚變發(fā)生的條件要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。2.核聚變的特點(diǎn)(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去。(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆。3.核聚變的應(yīng)用(1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。4.重核裂變與輕核聚變的區(qū)別重核裂變輕核聚變放能原理重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量要大3～4倍核廢料處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢?，尤其用于核裂變的?35在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲量非常豐富。1L海水中大約有0.03g氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300L汽油相當(dāng)可控性速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它〖試題案例〗〖例4〗下列說法不正確的是()A.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n是聚變B.eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n是裂變C.eq\o\al(226,88)Ra→eq\o\al(222,86)Rn＋eq\o\al(4,2)He是α衰變D.eq\o\al(24,11)Na→eq\o\al(24,12)Mg＋eq\o\al(0,－1)e是裂變〖解析〗A選項(xiàng)中兩個質(zhì)量較輕的核結(jié)合成了一個質(zhì)量較重的核，是聚變反應(yīng)，故選項(xiàng)A正確；B選項(xiàng)中的核反應(yīng)是鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€(或更多)中等質(zhì)量的核，并放出幾個中子，是裂變反應(yīng)，故選項(xiàng)B正確；在C選項(xiàng)的核反應(yīng)中沒有中子的轟擊自發(fā)地放出了α粒子，是α衰變，選項(xiàng)C正確；而D選項(xiàng)應(yīng)是β衰變，選項(xiàng)D不正確。〖答案〗D總結(jié)提升主要核反應(yīng)類型有(1)衰變：衰變是原子核自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核并輻射出α或β粒子。(2)人工轉(zhuǎn)變：人工轉(zhuǎn)變常用α粒子(也可用質(zhì)子、中子等)轟擊原子核，該核捕獲α粒子后產(chǎn)生新原子核，并放出一個或幾個粒子。(3)核裂變：核裂變時鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€(或多個)中等質(zhì)量的核，并放出幾個中子。(4)核聚變：輕核聚合成較重原子核的反應(yīng)。〖針對訓(xùn)練4〗以下說法正確的是()A.聚變是裂變的逆反應(yīng)B.如果裂變反應(yīng)釋放能量，則聚變反應(yīng)必定吸收能量C.聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)百萬開爾文以上的高溫，顯然是吸收能量D.裂變與聚變均可釋放巨大的能量〖解析〗裂變與聚變的反應(yīng)物和生成物完全不同，裂變是重核分裂成中等核，而聚變則是輕核聚合成為較重核，無直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)，選項(xiàng)A錯誤；裂變與聚變都釋放能量，選項(xiàng)B錯誤，D正確；要實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬開爾文的高溫提供能量。但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量。因此，總的來說，聚變反應(yīng)還是釋放能量，選項(xiàng)C錯誤。〖答案〗D核心要點(diǎn)聚變反應(yīng)中質(zhì)量虧損和核能的計算〖試題案例〗〖例5〗太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€氦核同時放出兩個正電子的熱核反應(yīng)，這個核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源。(1)寫出這個核反應(yīng)方程；(2)這一核反應(yīng)能釋放多少能量？(3)已知太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？(已知質(zhì)子質(zhì)量為mH＝1.0073u，氦核質(zhì)量為mHe＝4.0015u，電子質(zhì)量為me＝0.00055u，1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，真空中的光速c＝3×108m/s)〖解析〗(1)由題意可得核反應(yīng)方程應(yīng)為4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e。(2)反應(yīng)前的質(zhì)量m1＝4mH＝4×1.0073u＝4.0292u，反應(yīng)后的質(zhì)量m2＝mHe＋2me＝4.0015u＋2×0.00055u＝4.0026u，Δm＝m1－m2＝0.0266u，由質(zhì)能方程得，釋放能量ΔE＝0.0266×931.5MeV≈24.78MeV。(3)由質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2得太陽每秒減少的質(zhì)量Δm′＝eq\f(ΔE′,c2)＝eq\f(3.8×1026,（3×108）2)kg＝4.22×109kg?！即鸢浮?1)4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,＋1)e(2)24.78MeV(3)4.22×109kg〖針對訓(xùn)練5〗(2019·天津卷)(多選)我國核聚變反應(yīng)研究大科學(xué)裝置“人造太陽”2018年獲得重大突破，等離子體中心電子溫度首次達(dá)到1億度，為人類開發(fā)利用核聚變能源奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。下列關(guān)于聚變的說法正確的是()A.核聚變比核裂變更為安全、清潔B.任何兩個原子核都可以發(fā)生聚變C.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，總質(zhì)量較聚變前增加D.兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，核子的比結(jié)合能增加〖解析〗核聚變的最終產(chǎn)物是氦氣無污染，而核裂變會產(chǎn)生固體核廢料，因此核聚變更加清潔和安全，A正確；發(fā)生核聚變需要在高溫高壓下進(jìn)行，重核不能發(fā)生核聚變，故B錯誤；核聚變反應(yīng)會放出大量的能量，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系可知反應(yīng)會發(fā)生質(zhì)量虧損，故C錯誤；因聚變反應(yīng)放出能量，因此反應(yīng)前的比結(jié)合能小于反應(yīng)后的比結(jié)合能，故D正確?！即鸢浮紸D1.(對核裂變的理解)(多選)當(dāng)一個重核裂變時，它能產(chǎn)生的兩個核()A.一定是穩(wěn)定的B.含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)少C.裂變時釋放的能量等于俘獲中子時得到的能量D.可以是多種形式的兩個核的組合〖解析〗重核裂變?yōu)閮蓚€中等質(zhì)量的核時平均要放出2～3個中子，故中子數(shù)會減少，重核裂變的產(chǎn)物是多種多樣的，選項(xiàng)B、D正確?！即鸢浮紹D2.(對裂變方程的理解)一個eq\o\al(235,92)U核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→X＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n，則下列敘述正確的是()A.X原子核中含有86個中子B.X原子核中含有141個核子C.因?yàn)榱炎儠r釋放能量，根據(jù)E＝mc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因?yàn)榱炎儠r釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少〖解析〗X原子核中的核子數(shù)為(235＋1)－(94＋2)＝140，B錯誤；中子數(shù)為140－(92－38)＝86，故A正確；裂變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，但是其總質(zhì)量數(shù)是不變的，故C、D錯誤?！即鸢浮紸3.(對核聚變的理解)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)，它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)的方程式為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He，下列表述正確的是()A.聚變反應(yīng)不會釋放能量B.聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C.聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D.目前核電站都采用eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電〖解析〗核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生新的原子核，同時由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，會有核能的釋放，B正確，A、C錯誤；目前核電站大多采用重核裂變的方法來釋放與利用核能發(fā)電，D錯誤?！即鸢浮紹4.(核聚變釋放核能的計算)大科學(xué)工程“人造太陽”主要是將氘核聚變反應(yīng)釋放的能量用來發(fā)電。氘核聚變反應(yīng)方程是：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n。已知eq\o\al(2,1)H的質(zhì)量為2.0136u，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為3.0150u，eq\o\al(1,0)n的質(zhì)量為1.008