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1、原子结构放射性核能第一轮课件第1页，本讲稿共28页一、核反应一、核反应 人工转变人工转变 放射性同位素的应用放射性同位素的应用二、核能二、核能 对质能方程的理解对质能方程的理解 释放核能的途径释放核能的途径 核反应堆核反应堆06-07学年度南京市金陵中学一模学年度南京市金陵中学一模306年广东东莞中学高考模拟试题年广东东莞中学高考模拟试题107年年4月苏州中学调研试卷月苏州中学调研试卷207年年1月广东省汕尾市调研测试月广东省汕尾市调研测试1307年扬州市期末调研测试年扬州市期末调研测试3 07年扬州市期末调研测试年扬州市期末调研测试706年年5月深圳市第二次调研考试月深圳市第二次调研考试2江
2、苏省如东高级中学江苏省如东高级中学07年年2月期末试卷月期末试卷12007年高考江苏卷年高考江苏卷2 07届南京市第一次调研测试届南京市第一次调研测试 14合肥市合肥市2007年教学质量检测一年教学质量检测一307年苏锡常镇四市一模年苏锡常镇四市一模 1 07年苏锡常镇四市一模年苏锡常镇四市一模 207年江苏省扬州市一模年江苏省扬州市一模8 07年江苏省扬州市一模年江苏省扬州市一模15B2007年物理海南卷年物理海南卷19(2)原原 子子 和和 原原 子子 核核原原 子子 和和 原原 子子 核核(下下)第2页，本讲稿共28页一、核反应一、核反应 所有核反应的反应前后都遵守：所有核反应的反应前后
3、都遵守：质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）质量数守恒、电荷数守恒。（注意：质量并不守恒。）1.核反应类型核反应类型衰变：衰变：衰变：衰变：（核内）（核内）衰变：衰变：（核内）（核内）+衰变：衰变：（核内）（核内）衰变：原子核处于较高能级衰变：原子核处于较高能级,辐射光子后跃迁到低能级辐射光子后跃迁到低能级.第3页，本讲稿共28页人工转变：人工转变：（发现质子的核反应）（发现质子的核反应）（发现中子的核反应）（发现中子的核反应）（人工制造放射性同位素）（人工制造放射性同位素）重核的裂变：重核的裂变：在一定条件下（超过临界体积），裂变反应会连续不断地在一定条件下（超过临界体积），裂变
4、反应会连续不断地进行下去，这就是链式反应。进行下去，这就是链式反应。轻核的聚变：轻核的聚变：（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）（需要几百万度高温，所以又叫热核反应）第4页，本讲稿共28页2.放射性同位素的应用放射性同位素的应用利用其射线：利用其射线：射线电离性强，用于使空气电离，将射线电离性强，用于使空气电离，将静电泄出，从而消除有害静电。静电泄出，从而消除有害静电。射线贯穿性强，可用于射线贯穿性强，可用于金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使金属探伤，也可用于治疗恶性肿瘤。各种射线均可使DNA发生突变，可用于生物工程，基因工程。发生突变，可用于生物工程，基因工程。作为示踪原子。用
5、于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺作为示踪原子。用于研究农作物化肥需求情况，诊断甲状腺疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能疾病的类型，研究生物大分子结构及其功能进行考古研究。利用放射性同位素碳进行考古研究。利用放射性同位素碳14，判定出土木质文物，判定出土木质文物的产生年代。的产生年代。一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有一般都使用人工制造的放射性同位素（种类齐全，各种元素都有人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种人工制造的放射性同位。半衰期短，废料容易处理。可制成各种形状，强度容易控制）形状，强度容易控制）第5页，本讲稿共28页二、核能二、核能1.核
6、能核能:核反应中放出的能叫核能。核反应中放出的能叫核能。2.质量亏损质量亏损核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子核子结合生成原子核，所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。的总质量要小些，这种现象叫做质量亏损。3.质能方程质能方程（1）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在）爱因斯坦的相对论指出：物体的能量和质量之间存在着密切的联系，它们的关系是：着密切的联系，它们的关系是：E=mc2，这就是爱因斯坦的质能方程。，这就是爱因斯坦的质能方程。（2）质能方程的另一个表达形式是：）质能方程的另一个表达形式是：E=mc2。以上两式中的各个物理量
7、都必须采用国际单位。以上两式中的各个物理量都必须采用国际单位。在非国际单位里，可以用在非国际单位里，可以用1u=931.5MeV。它表示。它表示1原子质量原子质量单位的质量跟单位的质量跟931.5MeV的能量相对应。的能量相对应。第6页，本讲稿共28页对质能方程的理解对质能方程的理解（3）一定的质量一定的质量m总是跟一定的能量总是跟一定的能量mc2对应。核子在结合对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了成原子核时的总质量减少了,相应的总能量也要减少相应的总能量也要减少,根根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出
8、去。反过来在核子结合过程中释放出去。反过来,把原子核分裂成核子把原子核分裂成核子,总质量要增加，总能量也要增加总质量要增加，总能量也要增加,增加的这部分能量也增加的这部分能量也不会凭空产生不会凭空产生,要由外部来供给。能量总是守恒的要由外部来供给。能量总是守恒的,在原在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增加了，物体的质量减少了，它的能量也减少；物体的质量增加了，它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量发生了相互它的能量也增加；不能错误地认为质量和能量发生了相互转化。转化。第7页，本讲稿共28页4.释放核能的途径
9、释放核能的途径凡是释放核能的核反应都有质量亏损。凡是释放核能的核反应都有质量亏损。核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，核子组成不同的原子核时，平均每个核子的质量亏损是不同的，所以各种原子核中核子的平均质量不同。所以各种原子核中核子的平均质量不同。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。核子平均质量小的，每个核子平均放的能多。铁原子核中核子的平均质量最小铁原子核中核子的平均质量最小,所以铁原子核最稳定所以铁原子核最稳定.凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应凡是由平均质量大的核，生成平均质量小的核的核反应都是释放核能的。都是释放核能的。第8页，本讲稿共28页5.核反
10、应堆核反应堆目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。目前的所有正式运行的核电站都是应用裂变发电的。核反应堆的主要组成是：核反应堆的主要组成是：反应堆示意图反应堆示意图核燃料。用浓缩铀核燃料。用浓缩铀(能吸收慢中子的铀能吸收慢中子的铀235占占3%4%)减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速减速剂。用石墨或重水（使裂变中产生的中子减速,以以便被铀便被铀235吸收）。吸收）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。控制棒。用镉做成（镉吸收中子的能力很强）。冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用冷却剂。用水或液态钠（把反应堆内的热量传输出去用于发电，同时使反应堆冷却，保证安全
11、）。于发电，同时使反应堆冷却，保证安全）。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。水泥防护层。用来屏蔽裂变产物放出的各种射线。第9页，本讲稿共28页06-07学年度南京市金陵中学一模学年度南京市金陵中学一模33在下列四个方程中，在下列四个方程中，X1、X2、X3和和X4各代表某种各代表某种粒子，以下判断中正确的是粒子，以下判断中正确的是 （）AX1是是粒子粒子 BX2是质子是质子CX3是中子是中子 DX4是电子是电子D第10页，本讲稿共28页06年广东东莞中学高考模拟试题年广东东莞中学高考模拟试题11关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有：关于放射性同位素应用的下列说法中正确的有：()A
12、放放射射线线改改变变了了布布料料的的性性质质使使其其不不再再因因摩摩擦擦而而生生电电，因因此此达到消除有害静电的目的达到消除有害静电的目的B利利用用 射射线线的的贯贯穿穿性性可可以以为为金金属属探探伤伤，也也能能进进行行人人体体的的透视透视C用用放放射射线线照照射射作作物物种种子子能能使使其其DNA发发生生变变异异，其其结结果果一定是成为更优秀的品种一定是成为更优秀的品种D用用 射射线线治治疗疗肿肿瘤瘤时时一一定定要要严严格格控控制制剂剂量量，以以免免对对人人体正常组织造成太大的危害体正常组织造成太大的危害D第11页，本讲稿共28页07年年4月苏州中学调研试卷月苏州中学调研试卷2.2钍核（钍核
13、（）具有）具有放射性，它能放出一个电子放射性，它能放出一个电子变成镤核（变成镤核（），伴随该过程会放出光子，下列），伴随该过程会放出光子，下列说法正确的是说法正确的是 （）A光线可能是红外线光线可能是红外线,是钍原子跃迁产生的是钍原子跃迁产生的 B光线可能是光线可能是X射线射线,是镤原子跃迁产生的是镤原子跃迁产生的C光线一定是光线一定是 射线射线,是钍核跃迁产生的是钍核跃迁产生的D光线一定是光线一定是 射线射线,是镤核跃迁产生的是镤核跃迁产生的 D第12页，本讲稿共28页07年年1月广东省汕尾市调研测试月广东省汕尾市调研测试13解：解：核反应方程是：核反应方程是：核反应因质量亏损放出的能量核反
14、应因质量亏损放出的能量E=(mDmpmn)c2.质子和中子获得的总动能是：质子和中子获得的总动能是：E+E所以中子的动能为：所以中子的动能为：13、中子、中子 、质子、质子 、氘核、氘核D的质量分别为的质量分别为mn、mp、mD，现用光子能量为现用光子能量为E的的 射线照射静止氘核，使之分解，用核符号射线照射静止氘核，使之分解，用核符号写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则写出上述核反应方程，若分解后的中子、质子的动能相等，则中子的动能是多少？中子的动能是多少？第13页，本讲稿共28页07年扬州市期末调研测试年扬州市期末调研测试33当两个中子和两个质子结合成一个当两个中子和两个
15、质子结合成一个粒子时，放出粒子时，放出28.30MeV的能量，当三个的能量，当三个粒子结合成一个碳（粒子结合成一个碳（C）核时，）核时，放出放出7.26MeV的能量，则当的能量，则当6个中子和个中子和6个质子结合成一个个质子结合成一个碳（碳（C）核时，释放的能量约为（）核时，释放的能量约为（）A21.04MeV B35.56MeVC77.64MeV D92.16MeV解：解：3+得：得：D第14页，本讲稿共28页7下面说法中正确的是下面说法中正确的是（）A （钍）经过一系列的（钍）经过一系列的和和衰变，成为衰变，成为 ，铅核比钍核少，铅核比钍核少12个中子个中子衰变的实质是核内的一个中子转化为
16、一个质子和衰变的实质是核内的一个中子转化为一个质子和一个电子一个电子C 射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大射线是波长很短的电磁波，它的贯穿能力很大 D利用利用 射线的电离作用，可检查金属内部有无砂射线的电离作用，可检查金属内部有无砂眼或裂纹眼或裂纹07年扬州市期末调研测试年扬州市期末调研测试7B C第15页，本讲稿共28页06年年5月深圳市第二次调研考试月深圳市第二次调研考试22、关于原子核，下列说法中正确的是、关于原子核，下列说法中正确的是 （）A原子核能发生原子核能发生衰变说明原子核内存在电子衰变说明原子核内存在电子B核反应堆利用镉棒吸收中子控制核反应速度核反应堆利用镉棒吸收中子控制
17、核反应速度C轻核的聚变反应可以在任何温度下进行轻核的聚变反应可以在任何温度下进行D一切核反应都能释放核能一切核反应都能释放核能B第16页，本讲稿共28页江苏省如东高级中学江苏省如东高级中学07年年2月期末试卷月期末试卷1 12008年北京奥运会年北京奥运会场馆场馆周周围围8090的路灯的路灯将利用太阳能将利用太阳能发电发电技技术术，奥运会，奥运会90的洗浴的洗浴热热水将采用全水将采用全玻真空太阳能集玻真空太阳能集热热技技术术。太阳能的。太阳能的产产生是由于太阳内部生是由于太阳内部所所发发生的一系列核反生的一系列核反应应形成的，其主要的核反形成的，其主要的核反应过应过程可程可表示表示为为 ()D
18、.A.B.C.A第17页，本讲稿共28页2007年高考江苏卷年高考江苏卷22、2006年年美美国国和和俄俄罗罗斯斯的的科科学学家家利利用用回回旋旋加加速速器器，通通过过 （钙钙48）轰轰击击 （锎锎249）发发生生核核反反应应，成成功功合合成成了了第第118号号元元素素，这这是是迄迄今今为为止止门门捷捷列列夫夫元元素素周周期期表表中中原原子子序序数数最最大大的的元元素素，实实验验表表明明，该该元元素素的的原原子子核核先先放放出出3个个相相同同的的粒粒子子x，再再连连续续经经过过3次次衰衰变变后后，变变成成质质量量为为282的的第第112号号元元素素的的原原子子核核，则则上上述过程中的粒子述过程
19、中的粒子x是是 ()A、中子、中子 B、质子、质子 C、电子、电子 D、粒子粒子解：解：写出核反应方程式如下：写出核反应方程式如下：可见可见x为中子为中子A第18页，本讲稿共28页07届南京市第一次调研测试届南京市第一次调研测试 1414物物理理学学家家们们普普遍遍相相信信太太阳阳发发光光是是由由于于其其内内部部不不断断发发生生从从氢氢核核到到氦氦核核的的核核聚聚变变反反应应.根根据据这这一一理理论论，在在太太阳阳内内部部4个个氢氢核核 ()转转化化成成一一个个氦氦核核()和和两两个个正正电电子子()并并放放出出能能量量.已已知知质质子子质质量量mp1.0073u，粒粒子子的的质质量量m4.0
20、015u，电电子子的的质质量量me0.0005u 1u的的质质量量对应对应931.5MeV的能量。的能量。（1）写出）写出该热该热核反核反应应方程方程（2）一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子）一次这样的热核反应过程中释放出多少兆电子伏的能量伏的能量?（结果保留四位有效数字）（结果保留四位有效数字）解：解：（1）（2）m4mp m-2me =41.0073u-4.0015u-20.0005u=0.0267 uE0.0267 u 931.5MeV/u=24.87 MeV第19页，本讲稿共28页合肥市合肥市2007年教学质量检测一年教学质量检测一3 3据据新新华华社社报报道道，由由我我国国自自
21、行行设设计计、研研制制的的世世界界第第一一套套全全超超导导核核聚聚变变实实验验装装置置（又又称称“人人造造太太阳阳”）已已完完成成了了首首次次工程调试。下列关于工程调试。下列关于“人造太阳人造太阳”的说法正确的是的说法正确的是（）A“人造太阳人造太阳”的核反应方程式是的核反应方程式是B“人造太阳人造太阳”的核反应方程式是的核反应方程式是 C根根据据公公式式 可可知知，核核燃燃料料的的质质量量相相同同时时，聚聚变变反反应释放的能量比裂变反应大得多应释放的能量比裂变反应大得多D根根据据公公式式可可知知，核核燃燃料料的的质质量量相相同同时时，聚聚变变反反应应释释放放的的能量与裂变反应释放的能量相同能
22、量与裂变反应释放的能量相同A C第20页，本讲稿共28页07年苏锡常镇四市一模年苏锡常镇四市一模 1 1.下列说法正确的是下列说法正确的是 ()（A）射线是一种来源是原子核衰变过程中受激发的射线是一种来源是原子核衰变过程中受激发的电子从高能级向低能级跃迁时发出的电子从高能级向低能级跃迁时发出的（B）核反应中的质量亏损现象违背了能量守恒定律）核反应中的质量亏损现象违背了能量守恒定律（C）治疗脑肿瘤的）治疗脑肿瘤的“刀刀”是利用了是利用了 射线电离本领射线电离本领大的特性大的特性（D）某个平面镜反射光的能量为入射光能量的）某个平面镜反射光的能量为入射光能量的80，即表示反射光光子的数量是入射光光子
23、数量的即表示反射光光子的数量是入射光光子数量的80D第21页，本讲稿共28页07年苏锡常镇四市一模年苏锡常镇四市一模 22现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的变产生的,大约在大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应，其核反应方程为：种核反应，其核反应方程为：，到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共产生的已知产生的已知 的质量为的质量为m1，的质量为的质量为m2，则，则下列判断正确的是下列判断正确的是 ()（A）3m1m2 （B）3m1m2 （C）3m1=m
24、2 （D）m1=3m2A第22页，本讲稿共28页07年江苏省扬州市一模年江苏省扬州市一模88原原子子核核自自发发地地放放出出电电子子的的现现象象称称为为衰衰变变。开开始始时时科科学学家家曾曾认认为为衰衰变变中中只只放放出出电电子子，即即粒粒子子；后后来来发发现现这这个个过过程程中中除了放出电子以外，还放出一种除了放出电子以外，还放出一种叫做叫做“反中微子反中微子”的高速粒子，反中微子不带电。则的高速粒子，反中微子不带电。则（）A原子核能发生原子核能发生衰变，说明原予核内含有电子衰变，说明原予核内含有电子B发生发生衰变后的原子核的核子数不变，质子数却增加衰变后的原子核的核子数不变，质子数却增加C
25、静静止止的的原原子子核核发发生生衰衰变变时时放放出出的的能能量量大大于于粒粒子子与与衰衰变后的核的动能之和变后的核的动能之和D.静静止止的的原原子子核核发发生生衰衰变变时时粒粒子子与与衰衰变变后后的的核核的的动动量量矢矢量量和一定为零和一定为零B C第23页，本讲稿共28页07年江苏省扬州市一模年江苏省扬州市一模15B15.B题题.美美国国“里里根根”号号核核动动力力航航空空母母舰舰的的动动力力来来自自核反应堆，其中主要的核反应方程式是核反应堆，其中主要的核反应方程式是 (1)在括号内填出在括号内填出 前的系数；前的系数；(2)用用m1、m2、m3均分别表示核均分别表示核 、的质量，的质量，m
26、表示中子的质量，则上述核反应过程中一表示中子的质量，则上述核反应过程中一个铀个铀235核发生裂变产生的核能核发生裂变产生的核能E是多少是多少?(3)假假设设核核反反应应堆堆的的功功率率P=6.0105kW，若若一一个个铀铀235核核裂裂变变产产生生的的能能量量为为2.810-11J，则则该该航航空空母母舰舰在在海海上上航航行行一一个个月月需需要要消消耗耗多多少少千千克克铀铀235?(铀铀235的的摩摩尔尔质质量量=0.235kgmol，一一月月约约为为t=2.6106s，阿阿伏伏伽伽德德罗罗常常数数NA=6.01023 mol-1。（计计算算结结果果保保留留两两位位有效数字）有效数字）3第24
27、页，本讲稿共28页解：解：(2)一个铀一个铀235核发生裂变产生的核能核发生裂变产生的核能E (3)一个月内核反应产生的总能量为一个月内核反应产生的总能量为E=Pt 同时同时所以所以第25页，本讲稿共28页2007年物理海南卷年物理海南卷19(2)19.（2）一一速速度度为为v的的高高速速粒粒子子（）与与同同方方向向运运动动的的氖氖核核（）发发生生弹弹性性正正碰碰，碰碰后后粒粒子子恰恰好好静静止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）。止。求碰撞前后氖核的速度（不计相对论修正）。解：解：设设粒子与氖核的质量分别为粒子与氖核的质量分别为m与与mNe，氖核在碰，氖核在碰撞前后的速度分别为撞前后的速度分别为vNe与与 。由动量守恒与机械能守恒定律，有由动量守恒与机械能守恒定律，有解得解得第26页，本讲稿共28页已知已知将将式代入式代入式得式得评分参考：评分参考：式分式分 式分式分式分式分 式分式分式分。式分。第27页，本讲稿共28页反应反应堆示堆示意图意图第28页，本讲稿共28页