高中物理最新-2018屆高三物理核反應、核能和質(zhì)能方程精品

1、核反應 核能 質(zhì)能方程、知識點梳理1、 核反應在核物理學中，原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應 典型的原子核人工轉(zhuǎn)變：174 N+42 He178 O+11 H質(zhì)子 11H的發(fā)現(xiàn)方程盧瑟福查德威克49 Be+42 He126 C+ 01 n 中子 01 n 的發(fā)現(xiàn)方程2、 核能（ 1）核反應中放出的能量稱為核能（2）質(zhì)量虧損：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23592+1090 r+ 13638 r+ 54e+10 10（ 3）質(zhì)能方程：質(zhì)能關系為 2原子核的結(jié)合能 = 23、 裂變 把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出的核能的反應，叫裂變 典型的裂變反應是：4輕核

2、的聚變把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核， 釋放出的核能的反應叫輕核的聚變 聚變反應釋放能量較 多，典型的輕核聚變?yōu)椋? 3 4 11 +12 e+0 5鏈式反應一個重核吸收一個中子后發(fā)生裂變時， 分裂成兩個中等質(zhì)量核， 同時釋放若干個中 子，如果這些中子再引起其它重核的裂變， 就可以使這種裂變反應不斷的進行下去， 這種反應叫重核裂變的鏈式反應二、 典型例題例 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 2018 年度諾貝爾物理學獎他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿 615t 四氯乙烯 （C2Cl4）溶液的巨桶 電 子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氫核，其核反應方程式為

3、e17Cl 18Ar 十1e已知3177Cl 核的質(zhì)量為 36.95658 u ，3187Ar 核的質(zhì)量為 36.95691 u ， 01e 的質(zhì)量為 0.00185 u ，1 u 質(zhì)量對應的能量為 931.5MeV. 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應的電子中微子的最小 能量為C）1.33 MeV（D）0.51 MeV解析 由題意可得：電子中微子的能量 EE =mc2- （mAr+me-mCl）· 931.5MeV=（36.95691+0.00185-36.95658） × 931.5MeV =0.82MeV則電子中微子的最小能量為 E min=0.82MeV點評 應用愛

4、因斯坦質(zhì)能方程時，注意單位的使用。當m用 kg 單位，c用 m/s時，E單位是 J，也可像本題利用 1 u 質(zhì)量對應的能量為 931.5MeV.例 2、質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為、 、 ，質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，發(fā)出 射線，已知普朗克恒量為，真空中光速為，則 射線的頻率 解析 核反應中釋放的能量 以釋放光子的形式釋放出來， 由于光子的能量 為 h，依能量守恒定律可知： h= 據(jù)此便可求出光子的頻率。質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核： 11+0121 +這個核反應的質(zhì)量虧損為：A)0.82 Me VB)0.31 MeV 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 2 此核反應放出的能量 （ ） c以 射線形式放出，由 h （m

5、1 m2 m3）c 2 =h 點評 此題考查計算質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程確定核能關鍵是對質(zhì)量虧損的 理解和確定例 3、如圖所示，有界勻強磁場的磁感應強度為B ，區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面向里，直角坐標系 xoy 的 y軸為磁場的左邊界， A 為固定在 x軸上的一個放射源， 內(nèi)裝鐳核 （沿著與 +x 成 角方向釋放一個 粒子后衰變成氡核（ ）。 粒子在 y 軸上的 N 點沿 方向飛離磁場， N 點到 O 點的距離為 l ，已知 OA 間距離為 ， 粒子 質(zhì)量為 m，電荷量為 q ，氡核的質(zhì)量為 。（ 1）寫出鐳核的衰變方程；（ 2）如果鐳核衰變時釋放的能量全部變?yōu)榱Ｗ雍碗焙说膭幽芮笠粋€原來

6、靜止的鐳核衰變時放出的能量。解析（ 1）鐳核衰變方程為： 82826 Ra 28262 Rn 42 He2）鐳核衰變放出 粒子和氡核，分別在磁場中做勻速圓周運動，粒子射出 y 軸時被粒子接收器接收， 設 粒子在磁場中的軌道半徑為 R，其圓心位置如圖中 O 點，有58l2 l 2 2(l R)2 ( )2 R2 ，則 R2粒子在磁場中做勻速圓周運動，2v有 gvB m ，即 mv qBR ，粒子的動能為 E1 1mv2222(mv2) (qBR)22m2m2(5qBl)2128m 衰變過程中動量守恒mv m0v0 ，則氡核反沖的動能為 E2122m0v0mE1m02 E E1 E2 m m0 (

7、5qBl)2m0128m帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動規(guī) 點評 要熟練掌握核反應方程， 動量守恒定律， 律的綜合運用。例 4. 核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近 年來， 受控核聚變的科學可行性已得到驗證， 目前正在突破關鍵技術， 最終將建成商用核聚 變電站。一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成 氦，并釋放一個中子了。 若已知氘原子的質(zhì)量為 2.0141u，氚原子的質(zhì)量為 3.0160u ，氦原子 的質(zhì)量為 4.0186u，中子的質(zhì)量為 1.0187u， 1u=1.66× 10-27kg。寫出氘和氚聚合的反應方程

8、。試計算這個核反應釋放出來的能量。若建一座功率為 3.0× 118kW 的核聚變電站， 假設聚變所產(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× 118s計算，光速 c= 3.00× 118m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)字）解析(1)( 3) 12H 13H 24He 01n2)E= mc2=(20141+3 0160-40186-10187)×166×10-27×32×1016J=2.8×10-12J3)M= 2pEt 2.0141 1.66 10 278 7 272.8 10 122 3 10

9、8 3.2 10 7 2.0141 1.66 10 27 =23kg例 5 眾所周知，地球圍繞著太陽做橢圓運動，陽光普照大地，萬物生長根據(jù)學過的 知識試論述說明隨著歲月的流逝， 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 解析 太陽內(nèi)部進行著劇烈的熱核反應，在反應過程中向外釋放著巨大的能量，這 些能量以光子形式放出根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關系： · 2 ， 知太陽質(zhì)量在不斷減小地球繞太陽旋轉(zhuǎn)是靠太陽對地球的萬有引力來提供向心力 G mM2 =m 2R， 現(xiàn)因 M 減小， R2即提供的向心力減小， 不能滿足所需的向心力， 地球?qū)⒙蛲庾鲭x心運動， 使軌道半徑變 大，日地平

10、均距離變大由上式可知，左邊的引力半徑R 增大，引起地球公轉(zhuǎn)的角速度變化，從而使公轉(zhuǎn)周期變化即 T 增大GmM2 =m4 22 R，T2=4 2R3R2T 2GM一方面，因太陽質(zhì)量變小，發(fā)光功率變??；另一方面，日地距離變大，引起輻射到地球 表面的能量減小，導致地球表面溫度變低 點評 該題集原子物理與力學為一體，立意新穎，將這一周而復始的自然用所學知識 一步一步說明，是一道考查能力、體現(xiàn)素質(zhì)的好題三、過關測試1、靜止在勻強磁場中的 29328 U 核，發(fā)生。衰變后生成 Th 核，衰變后的 粒子速度方向垂直 于磁場方向，則以下結(jié)論中正確的是 ( )1:45 衰變方程可表示為： 92 U90 Th+2

11、 He 衰變后的 Th 核和 粒子的軌跡是兩個內(nèi)切圓，軌道半徑之比為 Th 核和 粒子的動能之比為 2:17 若 粒子轉(zhuǎn)了 117圈，則 Th核轉(zhuǎn)了 90 圈A B C D 2下列核反應或核衰變方程中，符號(A) 94 Be 24He 126C XX ”表示中子的是14 4 17(B) 174 N 24He 187O X(C) 28004 Hg 01n 27082Pt 211H X(D)23929329U29339Np X3. 下列關于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說法正確的是( )A 盧瑟福在 粒子散射實驗的基礎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，其放射線在磁場中不偏

12、轉(zhuǎn)的是 射線15.5-3C 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 要吸收核能4. 當兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個 粒子時，放出 28.30MeV 的能量，當三個 粒子結(jié) 合成一個碳核時， 放出 7.26MeV的能量， 則當 6個中子和 6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時， 釋放 的能量約為 ( )A 21.18MeV B 35.56MeV C 77.64MeV D 92.16MeV 5.下列說法正確的是A 、太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的裂變反應B、盧瑟福的 a 粒子散射實驗可以估算原子核的大小C、玻

13、爾理論是依據(jù) a 粒子散射實驗分析得出的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，電子的動能減小，電 勢能增大，總能量增大 6中微子失蹤之迷是一直困擾著科學家的問題。原來中微子在離子開太陽向地球運動的過 程中，發(fā)生“中微子振蕩”，轉(zhuǎn)化為一個 子和一個 子?？茖W家通過對中微子觀察和理 論分析，終于弄清了中微子失蹤的原因，成為“ 2001 年世界十大科技突破”之一。若中微 子在運動中只轉(zhuǎn)化為一個 子和一個 子，并已知 子的運動方向與中微子原來的方向一 致，則 子的運動方向( )A 一定與中微子方向一致 B 一定與中微子方向相反 C 可能與中微子方向不在同一直線 上 D 只能中微子方

14、向在同一直線上 7.在一定條件下，讓質(zhì)子獲得足夠大的速度，當兩個質(zhì)子p 以相等的速率對心正碰，將發(fā)生列反應： P+PP+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)?個單位負電荷 )，則以下關于該反應的說法正確的是A 反應前后系統(tǒng)總動量皆為 022mpc ：28mpc286用粒 8.B反應過程系統(tǒng)能量守恒C根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應前每個質(zhì)子的能量最小為D根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應后單個質(zhì)子的能量可能小于子轟擊鈹核 ( 49 Be) ，生成一個碳核 ( 162 C)和一個粒子，則該粒子( )(A) 帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)(B) 在任意方向的磁場中都不會

15、發(fā)生偏轉(zhuǎn)(C) 電離本領特別強，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9. 假設钚的同位素離子 29349 Pu 靜止在勻強磁場中，設離子沿與磁場垂直的方向放出粒子后，變成鈾的一個同位素離子，同時放出能量為E=0.18Mev 的光子。( 1)試寫出這一核反應過程的方程式。( 2)光子的波長為多少？( 3 )若不計光子的動量，則鈾核與粒子在勻強磁場中的回旋半徑之比是多少？10. 如下圖所示，一個有界的勻強磁場，磁感應強度B=0.50T ，磁場方向垂直于紙面向里，線后衰變成 Rn（氡）。試寫出： 28286 Ra衰變的方程，若A距磁場的左邊界 MN的距離 OA=1.0m

16、 ， 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，此時接收 器位置距經(jīng)過 OA 的直線 1.0m，由此可以推斷出一個靜止鐳核Ra 衰變時放出的能量是多少？保留兩位有效數(shù)字（取 1u=1.6 × 10-27kg，電子電量 e=1.6× 10-19c）M××××××××O?A××××××××N11. 自然界中的物體由于具有一定的溫度，會不斷地向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有 關，稱為熱

17、輻射。熱輻射具有如下特點：（1）輻射的能量中包含各種波長的電磁波；（2）物體溫度越高，單位時間內(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，也要吸收由其他物體輻射的電磁能 量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變。若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響， 我們定義一種理想的物體，它能 100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑 體。單位時間內(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溫度的四次方成正 比，即 P0=T4，其中常量 =5 .67×10-8W/（m?K4）在下面的問題中，

18、把研究對象都簡單地看作黑體。有關數(shù)據(jù)及數(shù)學公式：太陽半徑 Rs = 696000Km ，太陽表面溫度 T = 5770K ，火星半 徑 r = 3395Km 。已知球面積 S = 4 R 2，其中 R 為球半徑。（1） 太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為2×10-71×10-5m 范圍內(nèi)，求相應的頻率范圍。（ 2） 每小時從太陽表面輻射的總能量為多少？（3） 火星受到來自太陽的輻射可認為垂直到面積為r2（r 為火星半徑）的圓盤上。已知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。12. 核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來， 受控核聚變的科學可行性已得到驗證， 目前正在突破關鍵技術， 最終將建成商用核聚變電站。 一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋 放一個中子了。 若已知氘原子的質(zhì)量為 2.0141u ，氚原子的質(zhì)量為 3.0160u ，氦原子的質(zhì)量為 4.0186u，中子的質(zhì)量為 1.0187u， 1u=1.66× 10-27kg。寫出氘和氚聚合的反應方程。 試計算這個核反應釋放出來的能量。若建一座功率為 3.0× 118kW 的核聚變電站，