高中物理 第5章 核能與社會學(xué)案 滬科版選修35

第5章 核能與社會一、對核反應(yīng)方程及類型的理解1四類核反應(yīng)方程的比較名稱核反應(yīng)方程式時(shí)間其它衰變衰變92U90ThHe衰變90Th91Pa01e1896年貝可勒爾發(fā)現(xiàn)裂變92UnSrXe10n141 MeV1938年原子彈原理聚變HHHen17.6 MeV氫彈原理人工轉(zhuǎn)變正電子AlHePnPSie1934年 約里奧居里夫人發(fā)現(xiàn)質(zhì)子7NHe8OH1919年盧瑟福發(fā)現(xiàn)中子BeHe6Cn1932年查德威克2.解題注意(1)熟記一些粒子的符號粒子(He)、質(zhì)子(H)、中子(n)、電子(01e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反應(yīng)方程式中，質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的；在解有關(guān)力學(xué)綜合問題時(shí)，還有動量守恒和能量守恒例1現(xiàn)有三個核反應(yīng)：NaMgeUnBaKr3nHHHen下列說法正確的是()A是裂變，是衰變，是聚變B是聚變，是裂變，是衰變C是衰變，是裂變，是聚變D是衰變，是聚變，是裂變解析原子核的變化通常包括衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變衰變是指原子核放出粒子和粒子后，變成新的原子核的變化，像本題中的核反應(yīng)；原子核的人工轉(zhuǎn)變是指在其它粒子的轟擊下變成新的原子核的變化；裂變是重核分裂成質(zhì)量較小的核，像核反應(yīng)；聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，像核反應(yīng).綜上所述，C項(xiàng)正確答案C針對訓(xùn)練1在下列四個核反應(yīng)中，X表示中子的是哪些？在以下核反應(yīng)中哪些屬于原子核的人工轉(zhuǎn)變？A.NHeOXB.AlHePXC.HHHeXD.UXSrXe10X答案BCDAB解析在核反應(yīng)中，不管是什么類型的核反應(yīng)，都遵守電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，據(jù)此，可以判斷未知粒子屬于什么粒子在A中，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：14417x，x1，其電荷數(shù)為：728y，y1，即未知粒子是質(zhì)子(H)；對B，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：27430x，x1，其電荷數(shù)為：13215y，y0，所以是中子(n)；對C，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：234x，x1，電荷數(shù)為：112y，y0，也是中子(n)；對D，未知粒子的質(zhì)量數(shù)為：235x9013610x，x1，電荷數(shù)為：92y385410y，y0，也是中子(n)，故方程中X為中子的核反應(yīng)為B、C、D.A、B為原子核的人工轉(zhuǎn)變二、核能的計(jì)算方法1根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算核能(1)用Emc2計(jì)算核能公式中的各物理量必須用國際單位制中的單位來表示，所以，當(dāng)原子核及核子的質(zhì)量用“kg”作單位時(shí)，用該式計(jì)算核能較為方便(2)用1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能量來計(jì)算核能2根據(jù)結(jié)合能計(jì)算核能利用結(jié)合能計(jì)算核能時(shí)要采用“先拆散，再結(jié)合”的方法例2假設(shè)兩個氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦核的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是2.013 6 u，中子的質(zhì)量是1.008 7 u，氦核同位素的質(zhì)量是3.015 0 u，則聚變的核反應(yīng)方程是_，在聚變反應(yīng)中釋放出的能量為_MeV(保留兩位有效數(shù)字)解析根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程為HHHen.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損m2mH(mHemn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u3.5103u由于1 u的質(zhì)量與931.5 MeV的能量相對應(yīng)，所以氘核聚變反應(yīng)時(shí)放出的能量為E3.5103931.5 MeV3.3 MeV.答案HHHen3.3針對訓(xùn)練2為驗(yàn)證愛因斯坦質(zhì)能方程Emc2的正確性，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：用動能為E10.6 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核Li，生成兩個粒子，測得兩個粒子的動能之和為E218.1 MeV.(1)寫出該核反應(yīng)方程；(2)通過計(jì)算說明Emc2正確(已知質(zhì)子、粒子、鋰核的質(zhì)量分別為mp1.007 8 u，m4.002 6 u，mLi7.016 0 u)答案見解析解析(1)核反應(yīng)方程為：LiHHeHe.(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：mmLimp2m7.016 0 u1.007 8 u24.002 6 u0.018 6 u由質(zhì)能方程可得質(zhì)量虧損釋放的能量：Emc20.018 6931.5 MeV17.3 MeV.而系統(tǒng)增加的動能：EE2E1(18.10.6) MeV17.5 MeV.這些能量正是來自核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損，在誤差允許范圍內(nèi)可視為相等，所以Emc2正確三、核反應(yīng)與能量的綜合例3用中子轟擊鋰核(Li)發(fā)生核反應(yīng)，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8 MeV的能量(1)寫出核反應(yīng)方程(2)求出質(zhì)量虧損(3)若中子和鋰核是以等值反向的動量相碰，則氚核和粒子的動能比是多少？(4)粒子的動能是多大？解析(1)核反應(yīng)方程為LinHHe4.8 MeV(2)依據(jù)Emc2得m u0.005 2 u(3)根據(jù)題意有0m1v1m2v2式中m1、m2、v1、v2分別為氚核和粒子的質(zhì)量和速度，由上式及動能Ek，可得它們的動能之比為Ek1Ek2m2m143.(4)粒子的動能Ek2(Ek1Ek2)4.8 MeV2.06 MeV答案(1)LinHHe4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)43(4)2.06 MeV1據(jù)新華社報(bào)道，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是()A“人造太陽”的核反應(yīng)方程是HHHenB“人造太陽”的核反應(yīng)方程是UnBaKr3nC“人造太陽”釋放的能量大小的計(jì)算公式是Emc2D“人造太陽”核能大小的計(jì)算公式是Emc2答案AC解析A是核聚變反應(yīng)，B是核裂變反應(yīng)，故A正確，B錯誤；核反應(yīng)方程中計(jì)算能量的關(guān)系式是愛因斯坦的質(zhì)能方程，故C正確，D錯誤2一個U原子核在中子的轟擊下發(fā)生一種可能的裂變反應(yīng)，其裂變方程為UnXSr2n，則下列敘述正確的是()AX原子核中含有86個中子BX原子核中含有141個核子C因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，根據(jù)Emc2，所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D因?yàn)榱炎儠r(shí)釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量數(shù)減少答案A解析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知2351a9421,92b38，解得a140，b54，其中a為X的質(zhì)量數(shù)，b為X的核電荷數(shù)，X核中的中子數(shù)為ab1405486，由此可知A正確，B錯誤；裂變釋放能量，由質(zhì)能關(guān)系可知，其總質(zhì)量減少，但質(zhì)量數(shù)守恒，故C、D均錯誤3兩個動能均為1 MeV的氘核發(fā)生正面碰撞，引起如下反應(yīng)：HHHH.(1)此核反應(yīng)中放出的能量E為_(2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭幽?，則新生的氚核具有的動能是_(已知mH2.013 6 u，mH3.015 6 u，mH1.007 3 u)答案(1)4.005 MeV(2)1.5 MeV解析(1)此核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損和放出的能量分別為：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.(2)因碰前兩氘核動能相同，相向正碰，故碰前的總動量為零因核反應(yīng)中的動量守恒，故碰后質(zhì)子和氚核的總動量也為零設(shè)其動量分別為p1，p2，必有p1p2.設(shè)碰后質(zhì)子和氚核的動能分別為Ek1和Ek2，質(zhì)量分別為m1和m2.則，故新生的氚核具有的動能為Ek2(EEk0)(4.0052) MeV1.5 MeV.4在所有能源中，核能具有能量密度大、區(qū)域適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量的核能(1)核反應(yīng)方程UnBaKraX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，則a的值為多少，X表示哪一種粒子？(2)上述反應(yīng)中，分別用mU、mB、mK表示U、Ba、Kr的質(zhì)量，用mn和mp表示中子和質(zhì)子的質(zhì)量，則該反應(yīng)過程中釋放的核能為多少？答案(1)a3；X表示中子(2)(mUmBmK2mn)c2解析(1)a3；X表示中子(2)質(zhì)量虧損mmUmBmK2mn，釋放的核能Emc2(mUmBmK2mn)c2.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375