2010届高考物理第一轮复习24—核反应 核能 质能方程学案 新人教版.pdf
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1、核反应核反应核能核能质能方程质能方程一、知识点梳理一、知识点梳理1、核反应在核物理学中,原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程,称为核反应典型的原子核人工转变:7N+2He8O+1H质子1H 的发现方程卢瑟福114Be+2He6C+0n中子0n 的发现方程查德威克144171194122、核能(1)核反应中放出的能量称为核能(2)质量亏损:原子核的质量小于组成它的核子质量之和质量亏损(3)质能方程:质能关系为原子核的结合能=3、裂变把重核分裂成质量较小的核,释放出的核能的反应,叫裂变典型的裂变反应是:235192+02238r+9013654e+10014轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核
2、,释放出的核能的反应叫轻核的聚变 聚变反应释放能量较多,典型的轻核聚变为:1+12e+05链式反应一个重核吸收一个中子后发生裂变时,分裂成两个中等质量核,同时释放若干个中子,如果这些中子再引起其它重核的裂变,就可以使这种裂变反应不断的进行下去,这种反应叫重核裂变的链式反应二、二、典型例题典型例题例例 1 1雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(v。)而获得了 2002 年度诺贝尔物理学奖 他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t 四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶 电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核,其核反应方程式为eClAr 十e已知Cl 核的质量为 36.95658 u,Ar
3、核的质量为 36.95691 u,e 的质量为 0.00055 u,1 u质量对应的能量为 931.5MeV.根据以上数据,可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为(A)0.82 Me V(B)0.31 MeV(C)1.33 MeV(D)0.51 MeV2341 解析解析 由题意可得:电子中微子的能量EE=mc-(mAr+me-mCl)931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)931.5MeV=0.82MeV则电子中微子的最小能量为 Emin=0.82MeV 点评点评 应用爱因斯坦质能方程时,注意单位的使用。当m用 kg 单位,c 用 m/s 时,2E单位是
4、J,也可像本题利用 1 u 质量对应的能量为931.5MeV.例例 2 2、质子、中子和氘核的质量分别为、,质子和中子结合成氘核时,发出射线,已知普朗克恒量为,真空中光速为,则射线的频率 _ 解析解析 核反应中释放的能量 以释放光子的形式释放出来,由于光子的能量为 h,依能量守恒定律可知:h=据此便可求出光子的频率。质子和中子结合成氘核:1+01+这个核反应的质量亏损为:根据爱因斯坦质能方程112此核反应放出的能量()c以射线形式放出,由h2(m1 m2 m3)c2=h 点评点评 此题考查计算质量亏损,根据爱因斯坦质能方程确定核能关键是对质量亏损的理解和确定例例 3 3、如图所示,有界匀强磁场
5、的磁感应强度为B,区域足够大,方向垂直于纸面向里,直角坐标系 xoy 的 y 轴为磁场的左边界,A 为固定在 x 轴上的一个放射源,内装镭核()沿着与+x 成角方向释放一个粒子后衰变成氡核()。粒子在 y 轴上的 N 点沿方向飞离磁场,N 点到 O 点的距离为l,已知 OA 间距离为,粒子质量为 m,电荷量为 q,氡核的质量为。(1)写出镭核的衰变方程;(2)如果镭核衰变时释放的能量全部变为粒子和氡核的动能求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。2262224 解析解析(1)镭核衰变方程为:88Ra 86Rn2He(2)镭核衰变放出粒子和氡核,分别在磁场中做匀速圆周运动,粒子射出y轴时被粒子接收
6、器接收,设粒子在磁场中的轨道半径为R,其圆心位置如图中O点,有l5(l R)2()2 R2,则R l28v2粒子在磁场中做匀速圆周运动,有gvB m,即mv qBR,R12(mv2)(qBR)2(5qBl)2粒子的动能为E1mv 22m2m128m 衰变过程中动量守恒mv m0v0,则氡核反冲的动能为E2mE112m0v02m0m m0(5qBl)2E E1 E2m0128m 点评点评 要熟练掌握核反应方程,动量守恒定律,带电粒子在匀强磁场中的圆周运动规律的综合运用。例例 4 4.核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来,受控核聚变的科学可行性已得到验证,目前
7、正在突破关键技术,最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦,并释放一个中子了。若已知氘原子的质量为2.0141u,氚原子的质量为 3.0160u,氦原子的质量为 4.0026u,中子的质量为 1.0087u,1u=1.6610 kg。写出氘和氚聚合的反应方程。试计算这个核反应释放出来的能量。若建一座功率为 3.010 kW 的核聚变电站,假设聚变所产生的能量有一半变成了电能,每年要消耗多少氘的质量?(一年按 3.210 s 计算,光速c=3.0010 m/s,结果取二位有效数字)解析解析(1)(3)1H1H2He0n2341785-2
8、7(2)E=mc2=(2 0141+3 0160-4 0026-1 0087)1 6610-27321016J=2.810-12J(3)M=2pt2.01411.661027E231083.21072.01411.661027=23kg122.810例例 5 5众所周知,地球围绕着太阳做椭圆运动,阳光普照大地,万物生长根据学过的知识试论述说明随着岁月的流逝,地球公转的周期,日、地的平均距离及地球表面的温度的变化趋势 解析解析 太阳内部进行着剧烈的热核反应,在反应过程中向外释放着巨大的能量,这些能量以光子形式放出根据爱因斯坦质能关系:,知太阳质量在不断减小地球绕太阳旋转是靠太阳对地球的万有引力来
9、提供向心力 G2mM2=m R,现因 M 减小,2R即提供的向心力减小,不能满足所需的向心力,地球将慢慢向外做离心运动,使轨道半径变大,日地平均距离变大由上式可知,左边的引力 GmM减小,半径 R 增大,引起地球公转的角速度变化,从R223mM4224R而使公转周期变化 G2=m2R,T=,即 T 增大GMTR一方面,因太阳质量变小,发光功率变小;另一方面,日地距离变大,引起辐射到地球表面的能量减小,导致地球表面温度变低 点评点评 该题集原子物理与力学为一体,立意新颖,将这一周而复始的自然用所学知识一步一步说明,是一道考查能力、体现素质的好题三、过关测试三、过关测试1、静止在匀强磁场中的238
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