高中物理 第5章 核能與社會學案 滬科版選修35

第5章 核能與社會一、對核反應方程及類型的理解1四類核反應方程的比較名稱核反應方程式時間其它衰變衰變92U90ThHe衰變90Th91Pa01e1896年貝可勒爾發(fā)現(xiàn)裂變92UnSrXe10n141 MeV1938年原子彈原理聚變HHHen17.6 MeV氫彈原理人工轉變正電子AlHePnPSie1934年 約里奧居里夫人發(fā)現(xiàn)質子7NHe8OH1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子BeHe6Cn1932年查德威克2.解題注意(1)熟記一些粒子的符號粒子(He)、質子(H)、中子(n)、電子(01e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反應方程式中，質量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有關力學綜合問題時，還有動量守恒和能量守恒例1現(xiàn)有三個核反應：NaMgeUnBaKr3nHHHen下列說法正確的是()A是裂變，是衰變，是聚變B是聚變，是裂變，是衰變C是衰變，是裂變，是聚變D是衰變，是聚變，是裂變解析原子核的變化通常包括衰變、人工轉變、裂變和聚變衰變是指原子核放出粒子和粒子后，變成新的原子核的變化，像本題中的核反應；原子核的人工轉變是指在其它粒子的轟擊下變成新的原子核的變化；裂變是重核分裂成質量較小的核，像核反應；聚變是輕核結合成質量較大的核，像核反應.綜上所述，C項正確答案C針對訓練1在下列四個核反應中，X表示中子的是哪些？在以下核反應中哪些屬于原子核的人工轉變？A.NHeOXB.AlHePXC.HHHeXD.UXSrXe10X答案BCDAB解析在核反應中，不管是什么類型的核反應，都遵守電荷數(shù)守恒和質量數(shù)守恒，據(jù)此，可以判斷未知粒子屬于什么粒子在A中，未知粒子的質量數(shù)為：14417x，x1，其電荷數(shù)為：728y，y1，即未知粒子是質子(H)；對B，未知粒子的質量數(shù)為：27430x，x1，其電荷數(shù)為：13215y，y0，所以是中子(n)；對C，未知粒子的質量數(shù)為：234x，x1，電荷數(shù)為：112y，y0，也是中子(n)；對D，未知粒子的質量數(shù)為：235x9013610x，x1，電荷數(shù)為：92y385410y，y0，也是中子(n)，故方程中X為中子的核反應為B、C、D.A、B為原子核的人工轉變二、核能的計算方法1根據(jù)質量虧損計算核能(1)用Emc2計算核能公式中的各物理量必須用國際單位制中的單位來表示，所以，當原子核及核子的質量用“kg”作單位時，用該式計算核能較為方便(2)用1 u的質量相當于931.5 MeV的能量來計算核能2根據(jù)結合能計算核能利用結合能計算核能時要采用“先拆散，再結合”的方法例2假設兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應生成氦核的同位素和中子，已知氘核的質量是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，則聚變的核反應方程是_，在聚變反應中釋放出的能量為_MeV(保留兩位有效數(shù)字)解析根據(jù)題中條件，可知核反應方程為HHHen.核反應過程中的質量虧損m2mH(mHemn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u3.5103u由于1 u的質量與931.5 MeV的能量相對應，所以氘核聚變反應時放出的能量為E3.5103931.5 MeV3.3 MeV.答案HHHen3.3針對訓練2為驗證愛因斯坦質能方程Emc2的正確性，設計了如下實驗：用動能為E10.6 MeV的質子轟擊靜止的鋰核Li，生成兩個粒子，測得兩個粒子的動能之和為E218.1 MeV.(1)寫出該核反應方程；(2)通過計算說明Emc2正確(已知質子、粒子、鋰核的質量分別為mp1.007 8 u，m4.002 6 u，mLi7.016 0 u)答案見解析解析(1)核反應方程為：LiHHeHe.(2)核反應過程中的質量虧損：mmLimp2m7.016 0 u1.007 8 u24.002 6 u0.018 6 u由質能方程可得質量虧損釋放的能量：Emc20.018 6931.5 MeV17.3 MeV.而系統(tǒng)增加的動能：EE2E1(18.10.6) MeV17.5 MeV.這些能量正是來自核反應中的質量虧損，在誤差允許范圍內可視為相等，所以Emc2正確三、核反應與能量的綜合例3用中子轟擊鋰核(Li)發(fā)生核反應，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8 MeV的能量(1)寫出核反應方程(2)求出質量虧損(3)若中子和鋰核是以等值反向的動量相碰，則氚核和粒子的動能比是多少？(4)粒子的動能是多大？解析(1)核反應方程為LinHHe4.8 MeV(2)依據(jù)Emc2得m u0.005 2 u(3)根據(jù)題意有0m1v1m2v2式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和粒子的質量和速度，由上式及動能Ek，可得它們的動能之比為Ek1Ek2m2m143.(4)粒子的動能Ek2(Ek1Ek2)4.8 MeV2.06 MeV答案(1)LinHHe4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)43(4)2.06 MeV1據(jù)新華社報道，由我國自行設計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調試下列關于“人造太陽”的說法正確的是()A“人造太陽”的核反應方程是HHHenB“人造太陽”的核反應方程是UnBaKr3nC“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是Emc2D“人造太陽”核能大小的計算公式是Emc2答案AC解析A是核聚變反應，B是核裂變反應，故A正確，B錯誤；核反應方程中計算能量的關系式是愛因斯坦的質能方程，故C正確，D錯誤2一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應，其裂變方程為UnXSr2n，則下列敘述正確的是()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(jù)Emc2，所以裂變后的總質量數(shù)增加D因為裂變時釋放能量，出現(xiàn)質量虧損，所以生成物的總質量數(shù)減少答案A解析由質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知2351a9421,92b38，解得a140，b54，其中a為X的質量數(shù)，b為X的核電荷數(shù)，X核中的中子數(shù)為ab1405486，由此可知A正確，B錯誤；裂變釋放能量，由質能關系可知，其總質量減少，但質量數(shù)守恒，故C、D均錯誤3兩個動能均為1 MeV的氘核發(fā)生正面碰撞，引起如下反應：HHHH.(1)此核反應中放出的能量E為_(2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭幽埽瑒t新生的氚核具有的動能是_(已知mH2.013 6 u，mH3.015 6 u，mH1.007 3 u)答案(1)4.005 MeV(2)1.5 MeV解析(1)此核反應中的質量虧損和放出的能量分別為：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.(2)因碰前兩氘核動能相同，相向正碰，故碰前的總動量為零因核反應中的動量守恒，故碰后質子和氚核的總動量也為零設其動量分別為p1，p2，必有p1p2.設碰后質子和氚核的動能分別為Ek1和Ek2，質量分別為m1和m2.則，故新生的氚核具有的動能為Ek2(EEk0)(4.0052) MeV1.5 MeV.4在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應性強的優(yōu)勢在核電站中，核反應堆釋放的核能被轉化為電能核反應堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應，釋放出大量的核能(1)核反應方程UnBaKraX是反應堆中發(fā)生的許多核反應中的一種，則a的值為多少，X表示哪一種粒子？(2)上述反應中，分別用mU、mB、mK表示U、Ba、Kr的質量，用mn和mp表示中子和質子的質量，則該反應過程中釋放的核能為多少？答案(1)a3；X表示中子(2)(mUmBmK2mn)c2解析(1)a3；X表示中子(2)質量虧損mmUmBmK2mn，釋放的核能Emc2(mUmBmK2mn)c2.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375