1.知道什么是裂變、聚變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，知道鏈?zhǔn)椒磻?yīng)和聚變的條件.
2.會書寫裂變和聚變方程，會利用質(zhì)量虧損計算裂變和聚變產(chǎn)生的核能.
3.了解核反應(yīng)堆的工作原理，知道如何控制核反應(yīng)的速度．
一、核裂變及鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
1．核裂變：鈾核在被中子轟擊后分裂成兩塊質(zhì)量差不多的碎塊，這類核反應(yīng)定名為核裂變．
2．鈾核裂變
用中子轟擊鈾核時，鈾核發(fā)生裂變，其產(chǎn)物是多種多樣的，其中一種典型的反應(yīng)是eq \\al(235, 92)U＋
eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n.
3．典型的裂變方程
(1)eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(139, 54)Xe＋eq \\al(95,38)Sr＋2eq \\al(1,0)n
(2)eq \\al(235, 92)U＋eq \\al(1,0)n→eq \\al(144, 56)Ba＋eq \\al(89,36)Kr＋3eq \\al(1,0)n
4．核能的釋放
由于重核的核子的平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量原子核的核子的平均質(zhì)量，因此，鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時，會發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放核能．
5．裂變反應(yīng)的能量大小
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200 MeV估算，1 kg鈾235 全部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能量，裂變時能產(chǎn)生幾百萬度的高溫．
6．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
中子轟擊重核發(fā)生裂變后，裂變釋放的中子繼續(xù)與其他重核發(fā)生反應(yīng)，引起新的核裂變，使核裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去，這樣的過程叫作核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．
7．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生的條件
(1)鈾塊的體積大于或等于臨界體積．
(2)有足夠濃度的鈾235.
(3)有足夠數(shù)量的慢中子．
8．臨界體積和臨界質(zhì)量：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．
二、反應(yīng)堆與核電站
1．核電站：利用核能發(fā)電，它的核心設(shè)施是反應(yīng)堆，它主要由以下幾部分組成：
(1)燃料：鈾棒．
(2)慢化劑：石墨、重水和普通水(也叫輕水)．
(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，它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)的速度就會慢一些，這種鎘棒叫作控制棒．
2．核電站的主要部件及作用
3．工作原理
核燃料發(fā)生核裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高，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．
4.核電站發(fā)電的優(yōu)點
(1)消耗的核燃料少．
(2)作為核燃料的鈾、釷等在地球上可采用儲量大，所能提供的能量大．
(3)對環(huán)境的污染要比火力發(fā)電?。?br>5．核污染的處理
在反應(yīng)堆的外面需要修建很厚的水泥層，用來屏蔽裂變產(chǎn)物放出的各種射線．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．
三、核聚變
1．定義：兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫作核聚變．
2．核反應(yīng)方程：eq \\al(2,1)H＋eq \\al(3,1)H→eq \\al(4,2)He＋eq \\al(1,0)n＋17.6 MeV.
3．條件：使輕核的距離達(dá)到10－15 m以內(nèi)．
方法：加熱到很高的溫度．
4．宇宙中的核聚變：太陽能是太陽內(nèi)部的氫核聚變成氦核釋放的核能．
5．人工熱核反應(yīng)：氫彈．首先由化學(xué)炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核爆炸．
6．核聚變與核裂變的比較
(1)優(yōu)點：①輕核聚變產(chǎn)能效率高；②地球上核聚變?nèi)剂想碗暗膬α控S富；③輕核聚變更為安全、清潔．
(2)缺點：核聚變需要的溫度太高，地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度．
解決方案：磁約束和慣性約束．
7．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別
一、單選題
1．太陽輻射的能量來源于（ ）
A．氫氣燃燒的化學(xué)能B．碳燃燒的化學(xué)能
C．釋放的引力勢能D．內(nèi)部的核反應(yīng)產(chǎn)生的核能
2．2017年1月9日，大亞灣反應(yīng)堆中微子實驗工程獲得國家自然科學(xué)一等獎，大多數(shù)原子核發(fā)生核反應(yīng)的過程中都伴隨著中微子的產(chǎn)生，例如核裂變、核聚變、衰變等，下列關(guān)于核反應(yīng)的說法正確的是（ ）
A．衰變?yōu)?，?jīng)過3次衰變，6次衰變
B．是衰變方程，是衰變方程
C．是核裂變方程，也是氫彈的核反應(yīng)方程
D．高速運動的粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，其核反應(yīng)方程為
3．1938年底，德國物理學(xué)家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在用中子轟擊鈾核的實驗中發(fā)現(xiàn)，生成物中有原子序數(shù)為56的元素鋇，核反應(yīng)方程為：該發(fā)現(xiàn)為原子彈的制成奠定了基礎(chǔ)。下列說法正確的是（ ）
A．核反應(yīng)方程中
B．的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能
C．中子是英國物理學(xué)家盧瑟福通過實驗發(fā)現(xiàn)的
D．該反應(yīng)中釋放出來的中子不能再引起上述鈾核反應(yīng)
4．下列四幅圖涉及到不同的物理知識，圖甲為圓板衍射條紋，圖乙為共振曲線，圖丙為三種射線在磁場中的運動軌跡圖，圖丁為核反應(yīng)堆示意圖。關(guān)于這四幅圖，下列說法正確的是（ ）
A．圖甲：該衍射條紋可以說明光具有粒子性
B．圖乙：該曲線表明物體做受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率的增大而一直減小
C．圖丙：根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)方向可知容器上方區(qū)域可能存在垂直紙面向外的磁場
D．圖?。烘k棒吸收中子的能力很強(qiáng)，因此可通過調(diào)節(jié)鎘棒的插入深度來控制反應(yīng)速度
5．關(guān)于原子和原子核的知識，下列說法正確是（ ）
A．的半衰期是5天，100克經(jīng)過10天后還剩下50克
B．氫原子的核外電子從低能級躍遷到高能級時，吸收光子，電子的軌道半徑增大
C．（釷）經(jīng)過一系列α和β衰變，變成（鉛），共經(jīng)過4次α衰變和6次β衰變
D．和。其中Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6
6．下列敘述正確的是（ ）
A．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
B．根據(jù)玻爾理論，在氫原子中，電子吸收光子從低能級躍遷到高能級，電子的能量變大，動能也變大
C．只要入射光的強(qiáng)度足夠強(qiáng)，照射時間足夠長，就一定能產(chǎn)生光電效應(yīng)
D．核反應(yīng)的實質(zhì)是粒子對核撞擊而打出新粒子使核變?yōu)樾潞?br>二、填空題
7．在下列描述核反應(yīng)的方程中，屬于α衰變的是______，屬于裂變的是______，屬于聚變的是______
A．
B．
C．
D．
8．我國自行設(shè)計并研制的“人造太陽”——托卡馬克實驗裝置運行，獲得重大進(jìn)展，這標(biāo)志著我國已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國家行列。該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過程是H＋H→He＋n，反應(yīng)原料氘（H）富存于海水中，而氚（H）是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過中子轟擊鋰核（Li）的人工核轉(zhuǎn)變得到。
(1)請把下列用中子轟擊鋰核（Li）產(chǎn)生一個氚核（H）和一個新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫完整：___________＋n→___________＋H。
(2)在(1)中，每產(chǎn)生1 g氚的同時有多少個Li核實現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變___________？（阿伏加德羅常數(shù)NA取6.0×1023 ml-1）
(3)一個氘核和一個氚核發(fā)生核聚變時，平均每個核子釋放的能量為5.6×10-13 J，求該核聚變過程中的質(zhì)量虧損___________。
參考答案
1．D
【詳解】
太陽輻射的能量來自于內(nèi)部的核聚變。
故選D。
2．D
【詳解】
A．衰變?yōu)?，?jīng)過衰變的次數(shù)為，衰變次數(shù)次，選項A錯誤；
B.核反應(yīng)
是輕核聚變方程
是衰變方程，選項B錯誤；
C．方程
是核裂變方程，也是原子彈的核反應(yīng)方程，選項C錯誤；
D．高速運動的粒子轟擊氮核可從氮核中打出中子，其核反應(yīng)方程為
選項D正確。
故選D。
3．B
【詳解】
A．根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒可知
故A錯誤；
B．該核反應(yīng)為釋能方程，裂變反應(yīng)后，生產(chǎn)的新核更穩(wěn)定，比結(jié)合能變大，所以的比結(jié)合能大于的比結(jié)合能，故B正確；
C．中子是由物理學(xué)家查德威克通過實驗發(fā)現(xiàn)的，故C錯誤；
D．該反應(yīng)中釋放出來的中子能再引起上述鈾核反應(yīng)，即發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故D錯誤。
故選B。
4．D
【詳解】
A．衍射是波的特有現(xiàn)象，光的衍射說明光具有波動性，故A錯誤；
B．該曲線表明物體做受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率的增大而先增大后減小，故B錯誤；
C．根據(jù)射線的偏轉(zhuǎn)方向結(jié)合左手定則可知容器上方區(qū)域可能存在垂直紙面向里的磁場，故C錯誤；
D．鎘棒吸收中子的能力很強(qiáng)，因此可通過調(diào)節(jié)鎘棒的插入深度來控制中子的數(shù)量從而控制核反應(yīng)速度，故D正確。
故選D。
5．B
【詳解】
A．的半衰期是5天，100克經(jīng)過10天后還剩下25克，所以A錯誤；
B．氫原子的核外電子從低能級躍遷到高能級時，吸收光子，電子的軌道半徑增大，動能減小，勢能增大，總能量增大，所以B正確；
C．（釷）經(jīng)過一系列α和β衰變，變成（鉛），共經(jīng)過6次α衰變和4次β衰變，所以C錯誤；
D．根據(jù)核反過程質(zhì)量數(shù)，電荷數(shù)守恒定律可知，X為中子，Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是3，所以D錯誤；
故選B。
6．A
【詳解】
A．只要鈾235的體積超過它的臨界體積，就能產(chǎn)生裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，選項A正確；
B．在氫原子中，電子吸收光子從低能級躍遷到高能級，電子的能量變大，軌道半徑變大，電勢能變大，但動能變小，選項B錯誤；
C．某種金屬能否發(fā)生光電效應(yīng)取決于入射光的頻率，選項C錯誤；
D．核反應(yīng)是原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，并不一定打出新粒子，選項D錯誤。
故選A。
7．C D A
【詳解】
[1]屬于α衰變的是，所以選C。
[2]屬于裂變的是，所以選D。
[3]屬于聚變的是，所以選A。
屬于人工轉(zhuǎn)變，不符合題意，所以不選。
8．Li He 2.0×1023個 3.1×10-29kg
【詳解】
(1)[1][2]核反應(yīng)方程為
Li＋n→He＋H
(2)[3]因為1 g氚為ml，根據(jù)核反應(yīng)方程，實現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的Li也為ml，所以有2.0×1023個Li實現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變。
(3)[4]根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE=Δmc2，核聚變反應(yīng)中有5個核子參加了核反應(yīng)，5個核子釋放總能量
ΔE=5×5.6×10-13 J=2.8×10-12 J
所以質(zhì)量虧損為
Δm==kg=3.1×10-29kg組成部分
材料
作用
裂變材料(核燃料)
濃縮鈾
提供核燃料
減速劑(慢化劑)
石墨、重水或普通水(也叫輕水)
使裂變產(chǎn)生的快中子減速
控制棒
鎘棒
吸收中子，控制反應(yīng)速度
熱交換器
水或液態(tài)的金屬鈉
傳輸熱量
防護(hù)層
厚水泥層
防止放射線泄露，對人體及其他生物體造成傷害
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

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