原子核下呂叔湘中學(xué)龐留根2004年9月

1、原子核下呂叔湘中學(xué)龐留根2004年9月五、核能 例1 例2 例3 例4 1994年 全國(guó) 2000年高考試題 2002年廣東高考六、裂變和聚變 1992年 三南 例5 例6 例7 例8 例9 03年江蘇高考1 2002年全國(guó)高考 中子的發(fā)現(xiàn) 04年廣東5 04年全國(guó)理綜141、質(zhì)量虧損：組成核的核子總質(zhì)量和 原子核的質(zhì)量之差m 2、質(zhì)能方程：Em c2 E m c23、1 u = 931.5 MeV4.核子在結(jié)合成原子核時(shí)，質(zhì)量有虧損， 要放出能量。反之，原子核分解成核子時(shí)要吸收能量。五、核能例1、由核子結(jié)合成原子核時(shí) ( ) 核的質(zhì)量總是小于組成它的核子的質(zhì)量和B. 原子核的質(zhì)量應(yīng)該等于組成

2、它的核子的質(zhì)量和 C. 核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出能量 D. 核子結(jié)合成原子核時(shí)要吸收能量。A C 一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子結(jié)合氘核時(shí),產(chǎn)生 光子, 由此可見 ( ) B C例2、例3、關(guān)于質(zhì)能方程E=mc2,下述錯(cuò)誤的選項(xiàng)是 A. 質(zhì)能方程是愛因斯坦最先得出的該方程說明物體的質(zhì)量和能量可以互相轉(zhuǎn)化C. 該方程說明物體的能量跟它的質(zhì)量成正比D. 該方程既適用于微觀粒子,也適宜宏觀物體Buuu, 求此核反響的質(zhì)量虧損和結(jié)合能, (1u=1.6610-27千克, c=3108米秒)解：mu E mc2= MeV或 E mc2 0.029282 1.6610-27 (3108 )2 4.37 1012JMe

3、V例4、1994年 全國(guó) 13. 一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q核時(shí)釋放出一個(gè)粒子，鈾核的質(zhì)量為3.85313110-25 kg，釷核質(zhì)量為3.78656710-25 kg，粒子的質(zhì)量為6.6467210-27 kg，在這個(gè)衰變過程中釋放出來的能量等于 J保存兩位二位數(shù)字 8.710 -13 12. 中子質(zhì)量為1.0087u，質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u，氘核的質(zhì)量為2.0136u，中子和質(zhì)子結(jié)合為氘核時(shí)釋放的能量為 J。 1989年 全國(guó)3.710 -132000年高考試題11裂變反應(yīng)是目前利用中常用的反應(yīng)，以原子核 為燃料的反應(yīng)堆中，當(dāng) 俘獲一個(gè)慢中子后發(fā)生的裂變反應(yīng)可以有多種方式，其中一種可表示為 反應(yīng)方

4、程下方的數(shù)字為中子及有關(guān)原子的靜止質(zhì)量（以原子質(zhì)量單位u為單位）。已知1u 的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為9.3102MeV，此裂變反應(yīng)釋放出的能量是 _MeV。235.0439 1.0087 93.9154 138.9178 235U92 92 0 38 54 0 235 U + 1 n 94 Sr + 139Xe+ 3 1 n 235U92解：m=0.1933u E=931.50.1933=1.8 102 MeV1.8 1022002年廣東高考16.12分如下一系列核反響是在恒星內(nèi)部發(fā)生的， 其中p為質(zhì)子，為粒子，e+ 為正電子，為一種中微子。質(zhì)子的質(zhì)量為mp =1.67264810 -27kg， 粒

5、子的質(zhì)量為m=6.64492910 -27kg，正電子的質(zhì)量為me=9.1110-31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)。真空中的光速c=3108 m/s。試計(jì)算該系列核反響完成后釋放的能量。=6.64492910 -27kgme=9.1110-31kgm p =1.67264810 -27kgm解：將六個(gè)方程式相加，得到e 2+24p+E= mc2 =(4m p m - 2me )c 2代入數(shù)字，經(jīng)計(jì)算得到E=3.9510-12 J 1、重核的裂變：重核俘獲一個(gè)中子后分裂為幾個(gè)中等質(zhì)量的核的反響過程. 在裂變的同時(shí)要放出幾個(gè)中子和大量的核能。反響堆示意圖 2、輕核的聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核

6、的 核反響過程，同時(shí)放出大量的核能。六、裂變和聚變反響堆示意圖返回1992年 三南太陽(yáng)輻射能量主要來自太陽(yáng)內(nèi)部的 A. 化學(xué)反響 B. 放射性衰變C. 裂變反響 D. 熱核反響 D 11、正、負(fù)電子相遇時(shí)湮滅,同時(shí)產(chǎn)生一對(duì)光子,反響方程式為_,假設(shè)正負(fù)電子質(zhì)量都為m,普朗克常數(shù)為h,那么所產(chǎn)生的光子頻率為_。填寫以下核反響方程式例5、【例6】地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為1.51011m，地球的半徑約為6.4106m，假設(shè)太陽(yáng)每秒鐘質(zhì)量減少4.2109kg，地球上一天承受到太陽(yáng)能約為多少J？【解答】每秒鐘太陽(yáng)能放出的能量約為：E=mc2=4.2109(3108)2=3.781026J設(shè)地球上每秒

7、鐘承受到太陽(yáng)能為E，地球剖面的最 大面積為S，設(shè)半徑為1.51011m的球殼面積為S， 那么故地球上一天承受到的太陽(yáng)能為E總=1.71017243600=1.51022J例7 、已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u 核的質(zhì)量為3.0150u。求：（1）寫出兩個(gè)氘核聚變成 的核反應(yīng)方程式（2）計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能。23 He23 He【分析】算出核反響中的質(zhì)量虧損，利用愛因斯坦質(zhì)能方程即可求出反響釋放的核能。解答： 12由題給條件可求得質(zhì)量虧損為：釋放的核能為E=mc2 靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的 原子核，俘獲一個(gè)速度為7.7104 m/s 的中子而發(fā)生核反響放出粒子后變成一個(gè)新

8、原子核，中子速度方向與磁場(chǎng)方向垂直，測(cè)得粒子速度為：2104m/s，方向與中子速度方向一樣，求：1生成的新核是什么？寫出核反響方程式。2生成的新核的速度大小和方向。3假設(shè)粒子與新核間互相作用不計(jì)，那么二者在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌道半徑之比及周期之比各為多少？6 Li3解：1寫出核反響方程式生成的新核是氚核例8、2由動(dòng)量守恒定律 mn vn=m v +mH vH vn= 7.7104 m/s v = 2104m/sV H =( mn vn- m v )/ mH= ( 17.7104 - 4 2104 ) 3= - 1.0103 m/s方向與中子方向相反3由 r=mv/qB mv/qr : rH = mv/

9、q ： mHvH/qH =42 2 : 30.1= 40: 3 T=2m/qB m/qT : TH=4/2 : 3/1=2: 3 靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的 核，沿與磁場(chǎng)垂直的方向射出一個(gè)粒子后，變成鈾的一種同位素核，同時(shí)釋放能量為0.09 MeV光子。 核的質(zhì)量為238.99965u，鈾核質(zhì)量為234.99347u， 粒子的質(zhì)量為4.001509u，1u=1.66056610-27 kg）若不計(jì)光子的動(dòng)量，求：（1）鈾核與粒子回轉(zhuǎn)半徑之比RUR；（2）粒子的動(dòng)能為多少？ 239 Pu94 239 Pu94解： （1） 射出粒子的過程中 動(dòng)量守恒 239 Pu940=mUvU-mv (1)由帶電粒子在

10、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式得RU =mU vU/qUBR =m v/qB 2由(1) (2) 得 RU / R = q /qU=2/92=1/46例9.2核反響中釋放的核能為 E=mc2 -由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律知EkU+E kpU=p由EK=1/2mv2 =p 2/2m EKU / EK=m /mU=4/235 粒子的動(dòng)能為EK = (EkU+E k ) mU (m +mU ) = 4.266 235 239 = 4.195(MeV)1以下說法中正確的選項(xiàng)是 A質(zhì)子與中子的質(zhì)量不等，但質(zhì)量數(shù)相等 B兩個(gè)質(zhì)子間，不管間隔 如何，核力總是大于 庫(kù)侖力 C同一種元素的原子核有一樣的質(zhì)量數(shù)，但

11、中 子數(shù)可以不同 D除萬有引力外，兩個(gè)中子之間不存在其它相 互作用力A03年江蘇高考1 以下論斷可能正確的選項(xiàng)是 ( ) A. 質(zhì)子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成, 中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成 B. 質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成, 中子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成C. 質(zhì)子由1個(gè)u夸克和2個(gè)d夸克組成, 中子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成D. 質(zhì)子由2個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成, 中子由1個(gè)u夸克和1個(gè)d夸克組成 目前普遍認(rèn)為, 質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成。u夸克帶電量為 ,d夸克帶電量為 ,e為基元電荷。2002年全國(guó)高考15 B 例15：1930年發(fā)現(xiàn)，在真空條

12、件下用射線轟擊鈹9時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種看不見的、貫穿才能極強(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(chǎng)中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；這種射線的速度不到光速的非常之一，用它轟擊含有氫核的物質(zhì)，可以把氫核打出來，用它轟擊含有氮核的物質(zhì)，可以把氮核打出來。并且被打出的氫核和氮核的最大速度之比 vH:vN 近似等于15 ：2, 假設(shè)該射線中的粒子均具有一樣的能量，與氫核和氮核碰前氫核和氮核可認(rèn)為靜止，碰撞過程沒有機(jī)械能損失，氫核和氮核的質(zhì)量之比等于1 :14，寫出射線轟擊鈹核的反響方程。試根據(jù)上面所述的各種情況，通過詳細(xì)分析說明該射線是不帶電的，但它不是射線，而是由中子組成。中子的發(fā)現(xiàn)解: 核反響方程為 在任意方向的磁場(chǎng)中均不發(fā)生偏轉(zhuǎn),那么它不帶電; 射線是電磁波,速度為光速c,這種射線的速度不到光速的1/10,所以它不是 射線. 對(duì)打出氫核的實(shí)驗(yàn),由彈性碰撞關(guān)系 (mH vH是氫核的質(zhì)量和速度) 由動(dòng)量守恒定律 mv=mv1+mH vH由動(dòng)能守恒 1/2mv2 = 1/2mv12 + 1/2mH