高中物理 第5章 核能与社会学案 沪科版选修35

第5章 核能与社会一、对核反应方程及类型的理解1四类核反应方程的比较名称核反应方程式时间其它衰变衰变92U90ThHe衰变90Th91Pa01e1896年贝可勒尔发现裂变92UnSrXe10n141 MeV1938年原子弹原理聚变HHHen17.6 MeV氢弹原理人工转变正电子AlHePnPSie1934年 约里奥居里夫人发现质子7NHe8OH1919年卢瑟福发现中子BeHe6Cn1932年查德威克2.解题注意(1)熟记一些粒子的符号粒子(He)、质子(H)、中子(n)、电子(01e)、氘核(H)、氚核(H)(2)注意在核反应方程式中，质量数和电荷数是守恒的；在解有关力学综合问题时，还有动量守恒和能量守恒例1现有三个核反应：NaMgeUnBaKr3nHHHen下列说法正确的是()A是裂变，是衰变，是聚变B是聚变，是裂变，是衰变C是衰变，是裂变，是聚变D是衰变，是聚变，是裂变解析原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变衰变是指原子核放出粒子和粒子后，变成新的原子核的变化，像本题中的核反应；原子核的人工转变是指在其它粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反应；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反应.综上所述，C项正确答案C针对训练1在下列四个核反应中，X表示中子的是哪些？在以下核反应中哪些属于原子核的人工转变？A.NHeOXB.AlHePXC.HHHeXD.UXSrXe10X答案BCDAB解析在核反应中，不管是什么类型的核反应，都遵守电荷数守恒和质量数守恒，据此，可以判断未知粒子属于什么粒子在A中，未知粒子的质量数为：14417x，x1，其电荷数为：728y，y1，即未知粒子是质子(H)；对B，未知粒子的质量数为：27430x，x1，其电荷数为：13215y，y0，所以是中子(n)；对C，未知粒子的质量数为：234x，x1，电荷数为：112y，y0，也是中子(n)；对D，未知粒子的质量数为：235x9013610x，x1，电荷数为：92y385410y，y0，也是中子(n)，故方程中X为中子的核反应为B、C、D.A、B为原子核的人工转变二、核能的计算方法1根据质量亏损计算核能(1)用Emc2计算核能公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示，所以，当原子核及核子的质量用“kg”作单位时，用该式计算核能较为方便(2)用1 u的质量相当于931.5 MeV的能量来计算核能2根据结合能计算核能利用结合能计算核能时要采用“先拆散，再结合”的方法例2假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦核的同位素和中子，已知氘核的质量是2.013 6 u，中子的质量是1.008 7 u，氦核同位素的质量是3.015 0 u，则聚变的核反应方程是_，在聚变反应中释放出的能量为_MeV(保留两位有效数字)解析根据题中条件，可知核反应方程为HHHen.核反应过程中的质量亏损m2mH(mHemn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u3.5103u由于1 u的质量与931.5 MeV的能量相对应，所以氘核聚变反应时放出的能量为E3.5103931.5 MeV3.3 MeV.答案HHHen3.3针对训练2为验证爱因斯坦质能方程Emc2的正确性，设计了如下实验：用动能为E10.6 MeV的质子轰击静止的锂核Li，生成两个粒子，测得两个粒子的动能之和为E218.1 MeV.(1)写出该核反应方程；(2)通过计算说明Emc2正确(已知质子、粒子、锂核的质量分别为mp1.007 8 u，m4.002 6 u，mLi7.016 0 u)答案见解析解析(1)核反应方程为：LiHHeHe.(2)核反应过程中的质量亏损：mmLimp2m7.016 0 u1.007 8 u24.002 6 u0.018 6 u由质能方程可得质量亏损释放的能量：Emc20.018 6931.5 MeV17.3 MeV.而系统增加的动能：EE2E1(18.10.6) MeV17.5 MeV.这些能量正是来自核反应中的质量亏损，在误差允许范围内可视为相等，所以Emc2正确三、核反应与能量的综合例3用中子轰击锂核(Li)发生核反应，生成氚核(H)和粒子，并放出4.8 MeV的能量(1)写出核反应方程(2)求出质量亏损(3)若中子和锂核是以等值反向的动量相碰，则氚核和粒子的动能比是多少？(4)粒子的动能是多大？解析(1)核反应方程为LinHHe4.8 MeV(2)依据Emc2得m u0.005 2 u(3)根据题意有0m1v1m2v2式中m1、m2、v1、v2分别为氚核和粒子的质量和速度，由上式及动能Ek，可得它们的动能之比为Ek1Ek2m2m143.(4)粒子的动能Ek2(Ek1Ek2)4.8 MeV2.06 MeV答案(1)LinHHe4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)43(4)2.06 MeV1据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A“人造太阳”的核反应方程是HHHenB“人造太阳”的核反应方程是UnBaKr3nC“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是Emc2D“人造太阳”核能大小的计算公式是Emc2答案AC解析A是核聚变反应，B是核裂变反应，故A正确，B错误；核反应方程中计算能量的关系式是爱因斯坦的质能方程，故C正确，D错误2一个U原子核在中子的轰击下发生一种可能的裂变反应，其裂变方程为UnXSr2n，则下列叙述正确的是()AX原子核中含有86个中子BX原子核中含有141个核子C因为裂变时释放能量，根据Emc2，所以裂变后的总质量数增加D因为裂变时释放能量，出现质量亏损，所以生成物的总质量数减少答案A解析由质量数守恒和电荷数守恒知2351a9421,92b38，解得a140，b54，其中a为X的质量数，b为X的核电荷数，X核中的中子数为ab1405486，由此可知A正确，B错误；裂变释放能量，由质能关系可知，其总质量减少，但质量数守恒，故C、D均错误3两个动能均为1 MeV的氘核发生正面碰撞，引起如下反应：HHHH.(1)此核反应中放出的能量E为_(2)若放出的能量全部变为新生核的动能，则新生的氚核具有的动能是_(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)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m(22.013 63.015 61.007 3) u0.004 3 u，Emc20.004 3931.5 MeV4.005 MeV.(2)因碰前两氘核动能相同，相向正碰，故碰前的总动量为零因核反应中的动量守恒，故碰后质子和氚核的总动量也为零设其动量分别为p1，p2，必有p1p2.设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1和Ek2，质量分别为m1和m2.则，故新生的氚核具有的动能为Ek2(EEk0)(4.0052) MeV1.5 MeV.4在所有能源中，核能具有能量密度大、区域适应性强的优势在核电站中，核反应堆释放的核能被转化为电能核反应堆的工作原理是利用中子轰击重核发生裂变反应，释放出大量的核能(1)核反应方程UnBaKraX是反应堆中发生的许多核反应中的一种，则a的值为多少，X表示哪一种粒子？(2)上述反应中，分别用mU、mB、mK表示U、Ba、Kr的质量，用mn和mp表示中子和质子的质量，则该反应过程中释放的核能为多少？答案(1)a3；X表示中子(2)(mUmBmK2mn)c2解析(1)a3；X表示中子(2)质量亏损mmUmBmK2mn，释放的核能Emc2(mUmBmK2mn)c2.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375