高中物理 模塊要點回眸 第17點 聚變反應(yīng)的三大題型舉例素材 新人教版選修3-5（通用）

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1、第17點聚變反應(yīng)的三大題型舉例 一、認(rèn)識“核聚變”對點例題1 下列核反應(yīng)方程中，表示核聚變過程的是()A.PSie B.HHHenC.CNe D.UThHe解題指導(dǎo)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變此題關(guān)鍵在一個“聚”字，暗示變化之前應(yīng)至少有兩種核，四個選項中只有B符合要求答案B方法點評掌握聚變的兩個特點：(1)“聚”：反應(yīng)前至少有兩種核；(2)“輕”：“聚變”為“輕”核聚變，是兩個質(zhì)量數(shù)較小的原子核聚合在一起產(chǎn)生的核反應(yīng)，聚變反應(yīng)的“燃料”一般為氫(H)和氫的同位素氘(H)、氚(H)二、聚變核能的計算對點例題2 一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量mH1.007 3 u，中子質(zhì)量mn1.

2、008 7 u，氚核質(zhì)量m3.018 0 u，1 u相當(dāng)于931.5 MeV.(1)寫出聚變方程；(2)釋放出的核能多大？(3)平均每個核子釋放的能量是多大？解題指導(dǎo)(1)聚變方程為H2nH(2)質(zhì)量虧損mmH2mnm(1.007 321.008 73.018 0) u0.006 7 u釋放的核能E0.006 7931.5 MeV6.24 MeV(3)平均每個核子釋放的能量為 MeV2.08 MeV答案(1)H2nH(2)6.24 MeV(3)2.08 MeV點撥提升從數(shù)據(jù)上看本題中聚變釋放的能量并不很大，但如果考慮到輕核的摩爾質(zhì)量很小，可知聚變出1 kg氚核放出的核能遠(yuǎn)大于核裂變，因此，聚變

3、能釋放出比重核裂變更多的能量(聚變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大34倍)三、核聚變過程中動量和能量守恒對點例題3 兩個氘核聚變產(chǎn)生一個中子和一個氦核(氦的同位素)已知氘核質(zhì)量mD2.013 6 u，氦核質(zhì)量mHe3.015 0 u，中子質(zhì)量mn1.008 7 u.(1)寫出聚變方程并計算出釋放的核能(已知1 u相當(dāng)于931.5 MeV)；(2)若反應(yīng)前兩氘核的動能均為EkD0.35 MeV.它們正面對撞發(fā)生聚變，且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，則反應(yīng)后產(chǎn)生的氦核和中子的動能各為多大？解題指導(dǎo)(1)聚變的核反應(yīng)方程為2HHen這個核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為m2mD(

4、mHemn)(22.013 63.015 01.008 7) u0.003 5 u釋放的核能為E0.003 5931.5 MeV3.26 MeV(2)把兩個氘核作為一個系統(tǒng)，對撞過程中動量守恒由于反應(yīng)前兩氘核動能相同，相向正碰，它們的動量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量恒為零，即0mHevHemnvn又由于反應(yīng)前后總能量守恒，故反應(yīng)后氦核和中子的總動能為mHevmnvE2EkD因為mHemn31，所以由得氦核和中子的速率之比把這兩個關(guān)系代入式得E2EkD4mHev4EkHe即(3.2620.35) MeV4EkHe得氦核的動能和中子的動能分別為EkHe(3.2620.35) MeV0.99

5、MeVEkn3EkHe2.97 MeV答案(1)2HHen3.26 MeV(2)0.99 MeV297 MeV易錯警示該題常犯的錯誤在于運用能量守恒定律解題時沒有將核反應(yīng)過程中與原子核質(zhì)量增減對應(yīng)的能量考慮進(jìn)去，而認(rèn)為作用后的總動能等于作用前的總動能在衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實驗中很難探測.1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實了中微子的存在(1)中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(01e)，即中微子Hne可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是_(填寫選項前的字母)A0

6、和0 B0和1C1和0 D1和1(2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子()，即01e01e2.已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.11031 kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為_ J正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是_.(3)試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質(zhì)波波長的大小答案見解析解析(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0，A項正確(2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱?，則Emc2，故一個光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得8.191014 J正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動量為零，故如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的，因為此過程遵循動量守恒定律(3)物質(zhì)波的波長為，要比較波長需要將中子和電子的動量用動能表示出來即p，因為mnme，所以pnpe，故ne.