核反應核能質(zhì)能方程

1、15.3核反響核能 質(zhì)能方程一、考點聚焦核能質(zhì)量虧損愛因斯坦的質(zhì)能方程要求核反響堆核電站要求重核的裂變鏈式反響輕核的聚變要求可控熱核反響要求二、學問掃描1在核物理學中，原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生原子核的過程，稱為核反響 典型的原子核人工轉(zhuǎn)變14 N+4 He17 O+1 H質(zhì)子1 H的覺察方程盧瑟福728119 Be+4 He n 中子 1n的覺察方程查德威克422600核反響中放出的能量稱為核能質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子質(zhì)量之和質(zhì)量虧損質(zhì)能方程： 質(zhì)能關(guān)系為2原子核的結(jié)合能 = 23把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出的核能的反響，叫裂變典型的裂變反響是：23592+1 090 r

2、+13638e+101 0輕核的聚變把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出的核能的反響叫輕核的聚變聚變反響釋放能量較多，典型的輕核聚變?yōu)椋? +3 4 e+1 1120鏈式反響一個重核吸取一個中子后發(fā)生裂變時，分裂成兩個中等質(zhì)量核，同時釋放假設(shè)干個中子，假設(shè)這些中子再引起其它重核的裂變，就可以使這種裂變反響不斷的進展下去，這種反響叫重核裂變的鏈式反響三、好題精析例 1雷蒙德戴維斯因爭辯來自太陽的電子中微子v而獲得了2022 年度諾貝爾物理學獎他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿 615t 四氯乙烯CCl溶液的巨桶電子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)24變?yōu)橐粋€氫核，其核反響方程式為37Cl3Ar十0ee

3、171813Cl核的質(zhì)量為36.95658 u37Ar核的質(zhì)量為36.95691 u，0e的質(zhì)量為0.00055 u，1 u質(zhì)量對應的17181能量為 931.5MeV.依據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以推斷參與上述反響的電子中微子的最小能量為A0.82 Me VB0.31 MeVC1.33 MeVD0.51 MeV 由題意可得：電子中微子的能量EE =mc2-mAr+m-me931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)931.5MeV=0.82MeV則電子中微子的最小能量為 Emin=0.82MeV點評 應用愛因斯坦質(zhì)能方程時，留意單位的使用。當m kgcm/sEJ1 u931.

4、5MeV.2、質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為 、，質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，發(fā)出 射線，普朗克恒量為，真空中光速為，則 射線的頻率 解析核反響中釋放的能量 以釋放光子的形式釋放出來，由于光子的能量為h ，依量守恒定律可知：h 據(jù)此便可求出光子的頻率。1 1 2 + 這個核反響的質(zhì)量虧損為：101 依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 此核反響放出的能量 以 射線形式放出，由h(m m m )c2 =123h 2點評 此題考察計算質(zhì)量虧損，依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程確定核能關(guān)鍵是對質(zhì)量虧損的理解和確定 例 3、如下圖，有界勻強磁場的磁感應強度為 B，區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面對里，直角坐標系 xoyy 軸為磁場的左邊界，

5、A x 軸上的一個放射源，內(nèi)裝鐳核22688Ra 沿著與+x 成 角方向釋放一個 粒子后衰變成氡核Rn 。 y 軸上的N 點沿 x 方向飛離磁場，N O l，OAl2， 粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，氡核的質(zhì)量為m。01假設(shè)鐳核衰變時釋放的能量全部變?yōu)殡焙说膭幽芮笠粋€原來靜止的鐳核衰變時放出的能量。解析122688Ra 22286R 4 Hen22鐳核衰變放出 粒子y 軸時被粒子接收器接收，設(shè) R，其圓心位置如圖中O 點，有(l R)2l (5 R 2 ，則R l28 gvB mv2，即mvR qBR ， E 1 mv 2 (mv 2 ) (5qBl )2122m2m128 m 衰變過程中動量守恒

6、mv m v ，00E2 1 m v2200 mE 1m0 E E E12 m m0m0(5qBl )2128 m點評 例 4. 核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、安全牢靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的能源。近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反響是由氫的同位素氘又叫重氫和氚又叫超重氫聚合成氦，并釋放一個中子了。假設(shè)氘原子的質(zhì)量為 2.0141u，氚原子的質(zhì)量為 3.0160u，氦原子的質(zhì)量為 4.0026u，中子的質(zhì)量為 1.0087u，1u=1.6610-27kg。寫出氘和氚聚合的反響方程。試計算這個核反響釋放出來的能量。假設(shè)建一座

7、功率為 3.0105kW 的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質(zhì)量？3.2107s c=3.00108m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)字解析 12 H 3H 4He 1n1120321016J=2.810-12J2pt 2.0141 1.66 10 27 = 3.2 10 7 2.0141 1.66 10 27=23kgE點評2.8 10 12例 5眾所周知，地球圍圍著太陽做橢圓運動，陽光普照大地，萬物生長依據(jù)學過的學問試論述說明隨著歲月的消逝，地球公轉(zhuǎn)的周期，日、地的平均距離及地球外表的溫度的變化趨勢解析太陽內(nèi)部進展著猛烈的熱核反響，在反響過程中向外釋放著巨大的能量

8、，這些能量以光子形式放出依據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系： 2， 知太陽質(zhì)量在不斷減小mM地球繞太陽旋轉(zhuǎn)是靠太陽對地球的萬有引力來供給向心力 G=m2R，現(xiàn)因M減小即供給的向心力R 2減小，不能滿足所需的向心力，地球?qū)u漸向外做離心運動，使軌道半徑變大，日地平均距離變大由上式可知，左邊的引力GmM減小，半徑R 增大，引起地球公轉(zhuǎn)的角速度變化，從而使公轉(zhuǎn)周期變R 2化 GmM=m4 2R，2=4 ，即 TR 2T 2GM一方面，因太陽質(zhì)量變小，發(fā)光功率變??；另一方面，日地距離變大，引起輻射到地球外表的能量減小，導致地球外表溫度變低點評 該題集原子物理與力學為一體，立意穎，將這一周而復始的自然用所學學問一步一

9、步說明，是一道考察力量、表達素養(yǎng)的好題四、變式遷移123892向，則以下結(jié)論中正確的選項是( )UTh 粒子速度方向垂直于磁場方23892U 23490Th+4 He2Th 1:45Th2:17假設(shè)117Th90ABCD2以下核反響或核衰變方程中，符號“X”表示中子的是(A)9 Be 4 He 12 C X(B)14 N 4He 17 O X426728(C) 204 Hg 1n 202 Pt 21H X(D)239 U 239 Np X8007819293五、力量訓練一、選擇題1、以下關(guān)于原子構(gòu)造和原子核的說法正確的選項是 A 盧瑟福在 粒子散射試驗的根底上提出了原子的核式構(gòu)造B 自然放射性

10、元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是 射線C15.3-3 可知，原子核A 裂變變成原子核B 和CD15.3-3 可知，原子核D 和E 聚變成原子核F2、當兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個 粒子時，放出 28.30MeV的能量，當三15.5-3個 7.26MeV 的能量，則當66能量約為( )A 21.04MeVB 35.56MeVC 77.64MeVD 92.16MeV3、以下說法正確的選項是A、太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的裂變反響 Ba 粒子散射試驗可以估算原子核的大小Ca 粒子散射試驗分析得出的D、氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減

11、小，電勢能增大，總能量增大中微子失蹤之迷是始終困擾著科學家的問題。原來中微子在離子開太陽向地球運動的過程中，發(fā)生“中子和一個子?？茖W家通過對中微子觀看和理論分析，最終弄清了中微子失蹤的緣由，成為“2022 子和一個 子，并 子的運動方向與中微子原來的方向全都，則 子的運動方向 A 肯定與中微子方向全都B 肯定與中微子方向相反 C 可能與中微子方向不在同始終線上 D 只能中微子方向在同始終線上pp 以相等的速率對心正碰，將發(fā)生以下反響：P+PpP+P+P+ pp P 反質(zhì)子(m ，且?guī)б粋€單位負電荷)，則以下關(guān)于該反響的說法正確的選項是 A0B反響過程系統(tǒng)能量守恒C2m c2：pDm c2p用

12、粒子轟擊鈹核(9 Be)，生成一個碳核(12 C)和一個粒子，則該粒子()46(A)帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)B)在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)(C)電離本領(lǐng)特別強，是原子核的組成局部之一(D)235239 Pu 靜止在勻強磁場中，設(shè)離子沿與磁場垂直的方向放出 粒子后，變成鈾的一94個同位素離子，同時放出能量為 E=0.09Mev12光子的波長為多少？3假設(shè)不計光子的動量，則鈾核與 粒子在勻強磁場中的盤旋半徑之比是多少？如以下圖所示，一個有界的勻強磁場，磁感應強度 B=0.50T，磁場方向垂直于紙面對里，MN 是磁場的左A 226Ra 鐳，Ra Rn氡。試寫出：888822688Ra A M

13、N OA=1.0mMN 左側(cè)的粒子接收器接收到垂直MN OA 1.0m，由此可以推斷出一個靜Ra 衰變時放出的能量是多少？保存兩位有效數(shù)字1u=1.610-27kge=1.610-19c AON9、自然界中的物體由于具有肯定的溫度，會不斷地向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有關(guān)，稱為熱輻 1在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。處在肯定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時，也要吸取由其他物體輻射的電磁能量，假設(shè)它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變。假設(shè)不考慮物體外表性質(zhì)對輻射與吸取的影響，我們定義一種抱負的物體，它能 100%地吸取入射到其外表的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時間內(nèi)從黑體外表單

14、位面積輻射的P0= T4，其中常量 =5 .6710-8W/(m K4)在下面的問題中，把爭辯對象都簡潔地看作黑體。Rs = 696000KmT = 5770Kr = 3395Km。S = 4 R2R 為球半徑。太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為 210-7110-5m 范圍內(nèi)，求相應的頻率范圍。每小時從太陽外表輻射的總能量為多少？火星受到來自太陽的輻射可認為垂直到面積為 r2r 為火星半徑的圓盤上。太陽到火星的距離約為太陽半徑的 400 倍，無視其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。10、核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、安全牢靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的能源。近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反響是由氫的同位素氘又叫重氫和氚又叫超重氫聚合成氦，并釋放一個中子了。假設(shè)氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為 3.0160u4.0026u1.0087u，1u=1.6610-27kg。寫出氘和氚聚合的反響方程。試計算這個核反響釋放出來的能量。假設(shè)建