核反應(yīng)中的守恒探析

1、核反應(yīng)中的守恒探析守恒定律是自然界中普遍成立的規(guī)律，是物理學(xué)中有效的思維方法。在核反應(yīng)過程中，雖然發(fā)生了質(zhì)量虧損，但都遵守電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，動量守恒和能量守恒；核碰撞中還遵守動量守恒和能量守恒。應(yīng)用上述守恒定律是解決原子物理問題的主要依據(jù)和有效的思維方法。本文結(jié)合實(shí)例分類探析核反應(yīng)中的守恒。一、核反應(yīng)中的守恒1. 電荷數(shù)、質(zhì)量數(shù)守恒例1. 在核反應(yīng)方程式中（ ）A. X是中子，B. X是中子，C. X是質(zhì)子，D. X是質(zhì)子，解析：在題目所給的核反應(yīng)中，由電荷數(shù)守恒，設(shè)X的質(zhì)子數(shù)為x，則核反應(yīng)方程的左邊質(zhì)子數(shù)為92092，右邊質(zhì)子數(shù)為3854x92，x0，X的質(zhì)子數(shù)為0，所以X為中子；由質(zhì)

2、量數(shù)守恒，左邊的質(zhì)量數(shù)為2351236，右邊的質(zhì)量數(shù)為90136k×1236，k10，所以k的數(shù)值為10，B選項(xiàng)正確。2. 動量守恒例2. 光子的能量是，動量為，如果一個靜止的放射元素的原子核在發(fā)生輻射時只發(fā)出一個光子，則輻射后的原子核（ ）A. 仍然靜止B. 沿著與光子運(yùn)動方向相同的方向運(yùn)動C. 沿著與光子運(yùn)動方向相反的方向運(yùn)動D. 可能向相反的方向運(yùn)動解析：原子核發(fā)生輻射時只發(fā)出一個光子，從核反應(yīng)方程上來看原子核的電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)都沒有發(fā)生變化，但光子是有動量的，根據(jù)動量守恒定律，輻射后的原子核應(yīng)有一個與光子等大相反的動量，故選C。3. 能量和動量守恒例3. 云室處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B

3、的勻強(qiáng)磁場中，一靜止的質(zhì)量為M的原子核在云室中發(fā)生一次衰變，粒子的質(zhì)量為m，電量為q，其運(yùn)動軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi)?，F(xiàn)測得粒子運(yùn)動的軌道半徑為R，試求在衰變過程中的質(zhì)量虧損（注：涉及動量問題時，虧損的質(zhì)量可忽略不計）解析：設(shè)核衰變產(chǎn)生的粒子的速度為v，則有用表示衰變后剩余核的速度，則由動量守恒定律有在衰變過程中，粒子和剩余核的動能來自核反應(yīng)過程中所釋放的核能，由質(zhì)能方程和能量守恒定律結(jié)合以上方程可解得二、碰撞中的動量和動能守恒例4. 1920年，質(zhì)子已被發(fā)現(xiàn)，英國物理學(xué)家盧瑟福曾預(yù)言：可能有一種質(zhì)量與質(zhì)子相近的不帶電的中性粒子存在，他把它叫中子。1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條件下用射線轟擊鈹時，會

4、產(chǎn)生一種看不見的、貫穿能力極強(qiáng)的不知名射線和另一種粒子。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，這種不知名射線具有如下特點(diǎn)：在任意方向的磁場中均不能發(fā)生偏轉(zhuǎn)；這種射線的速度小于光速的十分之一；由它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來；由它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來，并且被打出的是氫核的最大速度vH和被打出的氮核的最大速度vN之比近似等于15:2，若該射線中的粒子均具有相同的能量，氫核和氮核可認(rèn)為靜止，碰撞過程中機(jī)械能無損失。已知?dú)浜说馁|(zhì)量MH和氮核的質(zhì)量MN之比等于1:14。（1）寫出射線轟擊鈹核的核反應(yīng)方程。（2）根據(jù)上面所述的各種情況，通過具體分析說明射線是不帶電的，但它不是射線，而是由中子組成。解析：（1）核反應(yīng)方程是：（2）由可知，由于該射線在任意方向的磁場中均不能發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因此該射線不帶電，是由電中性的粒子流組成的。由可知，由于射線是光子流，而該射線的速度小于光速的十分之一，因此它不是射線。設(shè)組成該射線的粒子質(zhì)量為m，轟擊氫核和氮核時的速度為v，由于碰撞過程中機(jī)械能無損失，當(dāng)被打出的氫核和氮核的速度為最大值時，表明該粒子與氫核及氮核的碰撞為彈性正碰，設(shè)與氫核發(fā)生彈性正碰后粒子速度為v1，與氮核發(fā)生彈性正碰后粒子速度變?yōu)関2，根據(jù)動量守恒和機(jī)械能守