20xx粵教版高中物理選修3-5第四章裂變和聚變核能利用小粒子與大宇宙-文庫吧資料
2024-12-17 13:25本頁面
【正文】 的核能，應(yīng)先算出鈾塊中有多少個(gè)鈾核 (設(shè)為n)，則鈾塊裂變釋放的核能 E＝ nΔ E. 三、輕核的聚變 1．聚變 兩個(gè)輕核結(jié)合成 質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)，稱為核聚變．聚變反應(yīng)又稱為熱核反應(yīng)． 2．聚變方程： 21H＋ 31H→ 42He＋ 10n. 3．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－ 15 m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力，要求使輕核具有足夠大的動(dòng)能．要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給它們 加熱 ，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬度以上的高溫． 4．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 錯(cuò)誤 ! 重核裂變 輕核聚變 放能原理 重核分裂成兩個(gè)或多個(gè) 中等質(zhì)量 的原子核，放出核能 兩個(gè)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(gè)核子放出的能量大約要大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) 容易 得多 一、對(duì)重核裂變的理解及應(yīng)用 例 1 (單選 )關(guān)于重核的裂變，下列說法正確的是 ( ) A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量 B．中子從鈾塊中通過時(shí)，一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng) C．重核裂變釋放出大量的能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)減少 D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能 解析 根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變放能的原理分析可知，裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過程．因而其釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積．如果體積小，中子從鈾塊中穿過時(shí) ，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會(huì)發(fā)生．在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減少的，如 235 92U裂變?yōu)?9038Sr和 136 54Xe的核反應(yīng)，其核反應(yīng)方程為： 235 92U＋ 10n→ 9038Sr＋ 136 54Xe＋ 1010n 查閱相關(guān)資料可得其中各粒子質(zhì)量分別為 mU＝ 9 u， mn＝ 67 u mSr＝ 7 u， mXe＝ 2 u 質(zhì)量虧損為 Δ m＝ (mU＋ mn)－ (mSr＋ mXe＋ 10mn)＝ 0 u 可見鈾裂變的質(zhì)量虧損是遠(yuǎn)小于一個(gè)核子的質(zhì)量的，核子數(shù)是不會(huì)減少的，因此選項(xiàng) A、B、 C 錯(cuò)誤．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，由于平均質(zhì)量減小，發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能． 綜上所述，選項(xiàng) D正確． 答案 D 例 2 用中子轟擊鈾核 (235 92U)，其中的一個(gè)可能反應(yīng)是分裂成鋇 (141 56Ba)和氪 (9236Kr)兩部分，放出 3個(gè)中子．各個(gè)核和中子的質(zhì)量如下： mU＝ 910 － 27 kg， mn＝ 910 － 27 kg； mBa＝ 610 － 27 kg， mKr＝ 710 － 27 kg. 試寫出核反應(yīng)方程，求出反應(yīng)中釋放的核能． 解析 根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，就可以寫出核反應(yīng)方程． 根據(jù)核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損，用愛因斯坦質(zhì)能方程就可求出釋放的核能． 鈾核裂變方程為 10n＋ 235 92U→ 141 56Ba＋ 9236Kr＋ 310n， 則核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為 Δ m＝ mU＋ mn－ mBa－ mKr－ 3mn＝ 810 － 27 kg. 由愛因斯坦質(zhì)能方程可得釋放的核能為 Δ E＝ Δ mc2＝ 810 － 27(310 8)2 J ＝ 210 － 11 J. 答案 10n＋ 235 92U→ 141 56Ba＋ 9236Kr＋ 310n 210 － 11 J 二、對(duì)輕核聚變的理解及核能計(jì)算 例 3 太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核同時(shí)放出兩個(gè)正電子的熱核反應(yīng)，這個(gè)核反應(yīng)釋放出的大量能量就是太陽的能源． (1)寫出這個(gè)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 10 26 J，則太陽每秒減少的質(zhì)量為多少千克？ (mp＝ 3 u， mHe＝ 5 u， me＝ 55 u) 解析 (1)由題意可得核反應(yīng)方程應(yīng)為 411H→ 42He＋ 2 0＋ 1e. (2)反應(yīng)前的質(zhì)量 m1＝ 4mp＝ 4 3 u ＝ 2 u，反應(yīng)后的質(zhì)量 m2＝ mHe＋ 2me＝ 5
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