核反應(yīng)核能質(zhì)能方程

1、n要求 I要求 I要求 I要求新原子核的過程，稱為核反應(yīng).核反應(yīng)核能質(zhì)能方程、考點(diǎn)聚焦核能.質(zhì)量虧損.愛因斯坦的質(zhì)能方程核反應(yīng)堆.核電站重核的裂變.鏈?zhǔn)椒磻?yīng).輕核的聚變 可控?zé)岷朔磻?yīng).、知識(shí)掃描1、核反應(yīng)在核物理學(xué)中，原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生典型的原子核人工轉(zhuǎn)變1447N+2He_ 18 0+1 H質(zhì)子 1 H 的發(fā)覺方程盧瑟福查德威克2、核能1核反應(yīng)中放出的 能量稱為核能2質(zhì)量虧損：3質(zhì)能方程：9 Be+2 He 一 仇+0 n中子0 n的發(fā)覺方程原子核的質(zhì)量 小于組成它的核子質(zhì)量之和.質(zhì)量虧損.質(zhì)能關(guān)系為E = mc 2原子核的結(jié)合能E =Amc 23、裂變把重核分裂成質(zhì)量較小的核，開

2、釋出的核能的反應(yīng)，叫裂變典型的裂變反應(yīng)是：235 tt 丄 190 O ”丄 136丄192 U + 0 n_ 38 S+ 54 X 6+10 o 丄4 .輕核的聚變把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，開釋出的核能的反應(yīng)叫輕核的聚變.聚變反應(yīng)開釋能量較多，典型的輕 核聚變?yōu)椋篔 亙H 一 0n5 .鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一個(gè)重核吸取一個(gè)中子后發(fā)生裂變時(shí)，分裂成兩個(gè)中等質(zhì)量核，同時(shí)開釋假設(shè)干個(gè)中子，假如 這些中子再引起其它重核的裂變，就能夠使這種裂變反應(yīng)不斷的進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫重核裂變的鏈?zhǔn)椒?應(yīng)三、好題精析例1 .雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子V。而獲得了 2002年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).他探測(cè)中微子所用的探測(cè)

3、器的主體是一個(gè)貯滿615t四氯乙烯C2CI4溶液的巨桶.電子中微子能夠?qū)⒁粋€(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氫核，其核反應(yīng)方程式為V + ；CI 718Ar 十 ie37CI核的質(zhì)量為36.95658 u為931.5MeV.依照以上數(shù)據(jù)，A0.82 Me V B，?7Ar核的質(zhì)量為 36.95691 u，e的質(zhì)量為0.00055 u，1 u質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量 能夠判定參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為0.31 MeV C1.33 MeV D0.51 MeV解析由題意可得：電子中微子的能量EE =m(C- nAr+m-mci 931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658) X 931.5M

4、eV=0.82MeV那么電子中微子的最小能量為E min=0.82MeV點(diǎn)評(píng)應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程時(shí)，注意單位的使用。當(dāng)m用kg單位，c用m/s時(shí)， E單位是J，也可像此題利用1 u質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為 931.5MeV.例2、質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分不為mi、m2、m 3,質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)，發(fā)出丫射線，普朗克恒量為h,真空中光速為C,那么丫射線的頻率u= .h u,依能2解析核反應(yīng)中開釋的能量AE = Amc以開釋光子的形式開釋出來，由于光子的能量為量守恒定律可知：hu =Amc 2據(jù)此便可求出光子的頻率。質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核：1 H +02 H + 丫那個(gè)核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為:Am = m

5、1+ m 2 m 32 AE=m 1+ m 2 m c由E= h u依照愛因斯坦質(zhì)能方程AE=Amc 2此核反應(yīng)放出的能量以丫射線形式放出，m2 m3)c2hxoy的點(diǎn)評(píng)此題考查運(yùn)算質(zhì)量虧損，依照愛因斯坦質(zhì)能方程確定核能.關(guān)鍵是對(duì)質(zhì)量虧損的明白得和確定.例3、如下圖，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面向里，直角坐標(biāo)系y軸為磁場(chǎng)的左邊界， A為固定在x軸上的一個(gè)放射源，內(nèi)裝鐳核286 Ra沿著與+x成 角方向開釋一個(gè) 粒子后衰變成氡核 Rn。 粒子在y軸上的N點(diǎn)沿 x方向飛離磁場(chǎng)，N點(diǎn)到O點(diǎn)的距離為 間距離為丄，粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，氡核的質(zhì)量為 m0。21寫出鐳核的衰

6、變方程；2假如鐳核衰變時(shí)開釋的能量全部變?yōu)殡焙说膭?dòng)能求一個(gè)原先靜止的鐳核衰變時(shí)放出的能量。粒子和l, OA解析1鐳核衰變方程為：826 Ra 822 Rn 4 He2鐳核衰變放出 粒子和氡核，分不在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，射出y軸時(shí)被粒子接收器接收，設(shè)粒子在磁場(chǎng)中的軌道半徑為 R,如圖中O點(diǎn)，有2 l 225(l R)2 (3)2R2，那么 R -l 粒子其圓心位置7Ng粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，有g(shù)vB2Vm一R即mv qBR，A1 力；耳JtTi粒子的動(dòng)能為E1 mv22(mv2) (qBR)22m 2m(5qBI)2128m衰變過程中動(dòng)量守恒 mvmoVo，那么氡核反沖的動(dòng)能為 E21

7、2 mE1m0v0 2 m0二 EE1E22-128mm m0 (5qBI)m。點(diǎn)評(píng)要熟練把握核反應(yīng)方程，動(dòng)量守恒定律，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的綜合運(yùn)用。例4.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘又叫重氫和氚又叫超重氫聚合成氦，并開釋一個(gè)中子了。假設(shè)氘原子的質(zhì)量為2.0141U，氚原子的質(zhì)量為 3.0160U，氦原子的質(zhì)量為 4.0026U,中子的質(zhì)量為1.0087u,1u=1.66X 10-27kg。寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程

8、。試運(yùn)算那個(gè)核反應(yīng)開釋出來的能量。假設(shè)建一座功率為3.0X 105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質(zhì)量？一年按3.2 X 107s運(yùn)算，光速c=3.00X 108m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)字解析12 I I 3 14,111H 1H 2He 0n2AE= Amc2= 2. 0141+3 . 0160-4. 0026-1. 0087XI. 66 X 1(27x3X 106J=2.8 X 1012JM=2Pt 2.0141 1.66 10 27= 2 3 108 3-2 107 2-0141 匸66 10 27 =23kgE2.8 10點(diǎn)評(píng)例5 眾所周知，地

9、球圍繞著太陽做橢圓運(yùn)動(dòng)，陽光普照大地，萬物生長(zhǎng)依照學(xué)過的知識(shí)試論述講 明隨著歲月的流逝，地球公轉(zhuǎn)的周期，日、地的平均距離及地球表面的溫度的變化趨勢(shì).解析太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的熱核反應(yīng)，在反應(yīng)過程中向外開釋著龐大的能量，這些能量以光子形式放出.依照愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系：E = m-c地球繞太陽旋轉(zhuǎn)是靠太陽對(duì)地球的萬有引力來提供向心力減小，不能滿足所需的向心力,由上式可知，左邊的引力知太陽質(zhì)量在不斷減小.G mM=m 2R,現(xiàn)因M減小，即提供的向心力 R2地球?qū)⒙蛲庾鲭x心運(yùn)動(dòng)，使軌道半徑變大，日地平均距離變大.Gyi減小，半徑R增大，引起地球公轉(zhuǎn)的角速度變化，從而使公轉(zhuǎn)周期變R2化 G 啤=m4：R

10、, t2=R2T22：4GM2r3亠，即T增大.一方面，因太陽質(zhì)量變小，發(fā)光功率變小；另一方面，日地距離變大，弓I起輻射到地球表面的能量減 小，導(dǎo)致地球表面溫度變低.點(diǎn)評(píng)該題集原子物理與力學(xué)為一體，立意新穎，將這一周而復(fù)始的自然用所學(xué)知識(shí)一步一步講明, 是一道考查能力、表達(dá)素養(yǎng)的好題.1、靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的292u核,四、變式遷移發(fā)生。衰變后生成Th核，衰變后的粒子速度方向垂直于磁場(chǎng)方向，那么以下結(jié)論中正確的選項(xiàng)是（）衰變方程可表示為：292 U234 Th+2He衰變后的Th核和 粒子的軌跡是兩個(gè)內(nèi)切圓，軌道半徑之比為1:45假設(shè)粒子轉(zhuǎn)了 117圈，那么 A . B . C2 .以下核反應(yīng)或

11、核衰變方程中，符號(hào)(A) 4Be ：He16c X(B) 17 N :He 18O X204 1(C) 80 Hg on鼬 2；H X239 239.(D) 92 U 93 NP X五、能力訓(xùn)練一、選擇題1、以下關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的講法正確的選項(xiàng)是A盧瑟福在粒子散射實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)B天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場(chǎng)中不 偏轉(zhuǎn)的是射線C據(jù)圖15.3-3可知，原子核 A裂變變成原子核 B和C要放出核能D據(jù)圖15.3-3可知，原子核 D和E聚變成原子核F要吸取核能2、 當(dāng)兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)粒子時(shí)，放出 28.30MeV的能量，當(dāng)三個(gè) 粒子結(jié)合成

12、一個(gè)碳核時(shí)，放出7.26MeV的能量，那么當(dāng)6個(gè)中子和6個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)碳核時(shí)，開釋的能量約為（）A 21.04MeV B 35.56MeV C 77.64MeV D 92.16MeV3、以下講法正確的選項(xiàng)是A、太陽輻射的能量要緊來自太陽內(nèi)部的裂變反應(yīng)B、盧瑟福的a粒子散射實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚬浪阍雍说拇笮、玻爾理論是依據(jù)a粒子散射實(shí)驗(yàn)分析得出的D、氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時(shí)，電子的動(dòng)能減小，電勢(shì)能增大，總 能量增大4 .中微子失蹤之迷是一直困擾著科學(xué)家的咨詢題。原先中微子在離子開太陽向地球運(yùn)動(dòng)的過程中，發(fā)生”中微子振蕩，轉(zhuǎn)化為一個(gè)子和一個(gè)子?？茖W(xué)家通過對(duì)中微子觀看和理論分析

13、，終于弄清了中微子失蹤的緣故，成為” 2001年世界十大科技突破之一。并子的運(yùn)動(dòng)方向與中微子原先的方向一致，那么A 一定與中微子方向一致B 一定與中微子方向相反微子方向在同一直線上5.在一定條件下，讓質(zhì)子獲得足夠大的速度，當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子P以相等的速率對(duì)心正碰，將發(fā)生以下反應(yīng)：P+P假設(shè)中微子在運(yùn)動(dòng)中只轉(zhuǎn)化為一個(gè)子的運(yùn)動(dòng)方向C可能與中微子方向不在同一直線上D只能中子和一個(gè)子,7P+P+P+P其中P是P反質(zhì)子（反質(zhì)子與質(zhì)子質(zhì)量相等，均為mp,且?guī)б粋€(gè)單位負(fù)電荷），那么以下關(guān)于該反應(yīng)的講法正確的選項(xiàng)是A .反應(yīng)前后系統(tǒng)總動(dòng)量皆為0B 反應(yīng)過程系統(tǒng)能量守恒C 依照愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)前每個(gè)質(zhì)子的能量

14、最小為D 依照愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)后單個(gè)質(zhì)子的能量可能小于2mpc2 ：mpc26用粒子轟擊鈹核（4 Be），生成一個(gè)碳核 Ljc）和一個(gè)粒子，那么該粒子（）（A）帶正電，能在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)Th核和 粒子的動(dòng)能之比為 2:17Th核轉(zhuǎn)了 90圈D .X表示中子的是B)在任意方向的磁場(chǎng)中都可不能發(fā)生偏轉(zhuǎn)(C)電離本領(lǐng)專門強(qiáng)，是原子核的組成部分之一(D)用來轟擊鈾235可引起鈾榱的裂變粒子后，變成鈾的一7.假設(shè)钚的同位素離子239 Pu靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)離子沿與磁場(chǎng)垂直的方向放出個(gè)同位素離子，同時(shí)放出能量為E=0.09Mev的光子。長(zhǎng)為多少？ 3假設(shè)不計(jì)光子的動(dòng)量，那么鈾核與8.如以下圖所

15、示，一個(gè)有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度1試寫出這一核反應(yīng)過程的方程式。2光子的波粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的回旋半徑之比是多少？B=0.50T，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，MN是磁場(chǎng)的左邊界。在磁場(chǎng)中A處放一個(gè)放射源，內(nèi)裝286Ra鐳,286Ra放出某種射線后衰變成 Rn氡。試寫出:9、自然界中的物體由于具有一定的溫度，會(huì)不斷地向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有關(guān)，稱為熱輻 射。熱輻射具有如下特點(diǎn)：1輻射的能量中包含各種波長(zhǎng)的電磁波；2物體溫度越高，單位時(shí)刻內(nèi)從物體表面單位面積上輻射的能量越大；3在輻射的總能量中，各種波長(zhǎng)所占的百分比不同。處在一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時(shí)，也要吸取由其他物體輻射的電磁

16、能量，假如它處在平穩(wěn)狀態(tài)，那么能量保持不變。假設(shè)不考慮物體表面性質(zhì)對(duì)輻射與吸取的阻礙，我們定義一種理想的物體,它能100%地吸取入射到其表面的電磁輻射，如此的物體稱為黑體。單位時(shí)刻內(nèi)從黑體表面單位面積輻射 的電磁波的總能量與黑體絕對(duì)溫度的四次方成正比，即P0=6 T4,其中常量b =5 .67 X 10-8w/(m ?K4)在下面的咨詢題中，把研究對(duì)象都簡(jiǎn)單地看作黑體。有關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)公式：太陽半徑球面積(1)(2)(3)2886 Ra衰變的方程，假設(shè) A距磁場(chǎng)的左邊界 MN的距離OA=1.0m，放在MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，現(xiàn)在接收器位置距通過 0A的直

17、線1.0m,由此能夠推斷出一個(gè)靜止鐳核Ra衰變時(shí)放出的能量是多少？保留兩位有效數(shù)字取 1u=1.6X 10-27kg，電子電量e=1.6x 10-19cXXXX-?AXXXXI X XI0 X XRs = 696000Km，太陽表面溫度 T = 5770K，火星半徑r = 3395Km。S = 4n R2,其中R為球半徑。太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長(zhǎng)為2X 10-71X 10-5m范疇內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范疇。每小時(shí)從太陽表面輻射的總能量為多少？火星受到來自太陽的輻射可認(rèn)為垂直到面積為nr2r為火星半徑的圓盤上。太陽到火星的距離約為太陽半徑的 400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。10、核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源。近年來，受控核聚變的 科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是 由氫的同位素氘又叫重氫和氚又叫超重氫聚合成氦，并開釋一個(gè)中子了。假設(shè)氘原子的質(zhì)量為 2.0141U, 氚原子的質(zhì)量為 3.0160U，氦原子的質(zhì)量為 4.0026U，中子的質(zhì)量為 1.0087u, 1u=1.66 X 10-2