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文檔簡介

1、最新滬科版高中物理選修(3-5)第5章核能與社會章末總結(jié)學(xué)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建區(qū)(核力:核子間的強(qiáng)相互作用力核力與結(jié)合能結(jié)合能:核子結(jié)合成原子核時邈的能量或原子核分解成核子時吼的能量 ,質(zhì)能方程:E =或3E = Amr* 定義核能與社會核能的利用裂變反應(yīng)堆1定義聚變)聚變的條件受控?zé)岷朔磻?yīng)核電站的工作模式核能的優(yōu)勢與危害專題整合區(qū)歸納同道專SS 熟練解題技巧名稱核反應(yīng)方程式時間其它變;衰艾23892U 23490Th +2He3衰艾23490Th 23491Pa+0 1e1896 年貝可勒 爾發(fā)現(xiàn)裂變23592U + 1n - 30Sr + 156Xe + 100n+ 141 MeV1938 年原子彈

2、原理聚變2H + 3HR 4He + 0n+ 17.6 MeV氫彈 原理人 工 轉(zhuǎn) 變正電子23Al +4He- 30P + 0n35P - 10Si+ 0e1934 年約里 奧一居 里夫人發(fā)現(xiàn)質(zhì)子147N + 2He- 178O+ 1H1919 年盧瑟福發(fā)現(xiàn) 中子4Be+4He - 126C+1n1932 年查德威克一、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2.解題注意(1)熟記一些粒子的符號“粒子(2He)、質(zhì)子(1H)、中子(0n)、電子(01e)、笊核(2H)、瓶核(3H).(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,還有動量守恒和能量守恒.【

3、例1】現(xiàn)有三個核反應(yīng):6 / 4 24N/ 14Mg +0 1e2925U + 1n- 156! Ba+ 96Kr + 30n2H+ 3HR 4He+ 0n下列說法正確的是()A.是裂變,是3衰變,是聚變B.是聚變,是裂變,是3衰變C.是3衰變,是裂變,是聚變D .是3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a粒子和3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項正確.答案 C針對訓(xùn)練1

4、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.174N+ 2He - 187O+XB.23Al +4He- 35P+XC.2H + 1H 4He+XD.2925U + X- 90Sr+ 1536Xe+ 10X答案 BCD AB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:14+4 = 17+x,x = 1,其電荷數(shù)為:7+2=8+y,y=1,即未知粒子是質(zhì)子(1H);對 B,未知粒子的質(zhì)量數(shù)為:27+4=30+x,x=1,其電荷數(shù)為:13+2=15 + y,y =

5、 0,所以是中子(0n);對C,未知粒子的質(zhì)量數(shù)為:2+ 3=4+ x,x = 1,電荷數(shù)為:1 + 1 = 2+y,y=0,也是中子(0n);對 D,未知粒子的質(zhì)量數(shù)為:235+x =90+ 136+ 10x,x= 1,電荷數(shù)為:92 + y=38 + 54+ 10y,y=0,也是中子(0n),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、核能的計算方法1 .根據(jù)質(zhì)量虧損計算核能用AE= A mC2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,用該式計算核能較為方便.(2)用1 u的質(zhì)量相當(dāng)于931.5 MeV的能

6、量來計算核能.2 .根據(jù)結(jié)合能計算核能利用結(jié)合能計算核能時要采用先拆散,再結(jié)合”的方法.【例2】假設(shè)兩個笊核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氨核的同位素和中子,已知笊核的質(zhì)量是2.013 6 u,中子的質(zhì)量是1.008 7 u,氨核同位素的質(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2H + 2HH 2He+1n.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Am = 2mH (mHe + mn)= 2X2.013 6 u-(3.015 0+ 1.008 7)u =3.5 M0 3u由于1 u的質(zhì)量與931.5 MeV的能

7、量相對應(yīng),所以笊核聚變反應(yīng)時放出的能量為AE=3.5 103X931.5 MeV =3.3 MeV答案 2H + 1HR 2He+ 1n 3.3針對訓(xùn)練2為驗證愛因斯坦質(zhì)能方程AE= Amc2的正確性,設(shè)計了如下實驗:用動能為E1= 0.6 MeV的質(zhì)子轟擊靜止的鋰核3Li,生成兩個“粒子,測得兩個a粒子的動能之和為 E2 =18.1 MeV.(1)寫出該核反應(yīng)方程;(2)通過計算說明AE=Amc2正確.(已知質(zhì)子、a粒子、鋰核的質(zhì)量分別為mp = 1.007 8u,m a= 4.002 6 u,mLi = 7.016 0 u) 答案見解析解析 核反應(yīng)方程為:7Li + 1HR 2He + 4

8、He.(2)核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損:Am=mLi + mp 2m“= 7.016 0 u+ 1.007 8 u 2M.002 6 u =0.018 6 u.由質(zhì)能方程可得質(zhì)量虧損釋放的能量:A E= A mc2= 0.018 6X 931.5Meg 17.3MeV.而系統(tǒng)增加的動能:AE=E2E1 = (18.10.6) MeV = 17.5 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AE= Amc2正確.三、核反應(yīng)與能量的綜合【例3】用中子轟擊鋰核(3Li)發(fā)生核反應(yīng),生成瓶核(1H)和a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

9、虧損.(3)若中子和鋰核是以等值反向的動量相碰,則瓶核和a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3Li+0n- 3H+2He+4.8 MeV(2)依據(jù) AE= A mc2導(dǎo)4.8Am= 931.5u= 0.005 2 u(3)根據(jù)題意有 0 = m1v1 + m2v2式中m1、m2、v1、v2分別為瓶核和 a粒子的質(zhì)量和速度,由上式及動能 Ek=味,可得它們的動能之比為Ek1 : Ek2 =巫: 2m1p2 12m2 2m112m2=m2 : m1 = 4 : 3.(4)粒子的動能33Ek2 = 7(Ek1 + Ek2) =- >4.8 MeV = 2.06

10、 MeV答案 (1)6Li + Qn- 3H + 2He + 4.8 MeV (2)0.005 2 u (3)4 : 3 (4)2.06 MeV自我 .梏洌區(qū)一一學(xué)一果 體驗成功怏樂1.據(jù)新華社報道,由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實驗裝置(又稱 人造太陽”心完成了首次工程調(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2H + 3HH 4He+0nB. 人造太陽”的核反應(yīng)方程是2925U+ dn1544Ba + 36Kr + 30nC.人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是AE= A mc2一 1D.人造太陽”核能大小的計算公式是 E=2mc2答案 AC解析

11、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235U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23SU+ 0n-X+ 98Sr+20n,則下列敘述正確的是()A . X原子核中含有 86個中子B. X原子核中含有141個核子C.因為裂變時釋放能量,根據(jù)E = mc2,所以裂變后的總質(zhì)量數(shù)增加D.因為裂變時釋放能量,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 235+ 1=a+ 94+ 2X1,92= b+38,解得a= 140,b = 54,其 中a為X的質(zhì)量數(shù)

12、掃為*的核電荷數(shù) X核中的中子數(shù)為 a-b= 14054= 86,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的笊核發(fā)生正面碰撞,引起如下反應(yīng):2H + 2HH 3H+1H.(1)此核反應(yīng)中放出的能量 A E為.(2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭幽埽瑒t新生的瓶核具有的動能是 .(已知m2H = 2.013 6 u,m3H = 3.015 6 u,m1H = 1.007 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:Am= (2 >2.013

13、6-3.015 6- 1.007 3) u = 0.004 3 u,AE= A mc2= 0.004 3 931.5 MeV = 4.005 MeV.(2)因碰前兩笊核動能相同,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)子和瓶核的總動量也為零.設(shè)其動量分別為p1,p2,必有p1 = p2.設(shè)碰后質(zhì)子和瓶核的動能分別為Ek1和Ek2,質(zhì)量分別為m1和m2.則Ek1Ek21 那1丫211 m2v2m1v2m2v2p2m1 m2 3p2 - m1 - 1,m2故新生的瓶核具有的動能為11Ek2 = 4( AE+ Ek0) = 4X(4.005+ 2) MeV =1.5 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23SU + 0nf1S6!Ba + 36Kr+ aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的

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