高三物理教案：核反應

10/10高三物理教案：核反響【】步入高中,相比初中更為緊張的學習隨之而來。在此高三物理欄目的小編為您編輯了此文：高三物理教案：核反響希望能給您的學習和教學提供幫助。本文題目：高三物理教案：核反響一、知識點梳理1、核反響在核物理學中,原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程,稱為核反響.典型的原子核人工轉變：N+HeO+H質子H的發(fā)現(xiàn)方程盧瑟福Be+HeC+n中子n的發(fā)現(xiàn)方程查德威克2、核能(1)核反響中放出的能量稱為核能(2)質量虧損：原子核的質量小于組成它的核子質量之和.質量虧損.(3)質能方程：質能關系為E=mc2原子核的結合能E=mc23、裂變把重核分裂成質量較小的核,釋放出的核能的反響,叫裂變典型的裂變反響是：U+nSr+Xe+10n4.輕核的聚變把輕核結合成質量較大的核,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)椋篐+HHe+n5.鏈式反響一個重核吸收一個中子后發(fā)生裂變時,分裂成兩個中等質量核,同時釋放假設干個中子,如果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行下去,這種反響叫重核裂變的鏈式反響二、典型例題例1.雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子(v。)而獲得了2019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(C2Cl4)溶液的巨桶.電子中微子可以將一個氯核轉變?yōu)橐粋€氫核,其核反響方程式為e+3717Cl3718Ar十0-1e3717Cl核的質量為36.95658u,3718Ar核的質量為36.95691u,0-1e的質量為0.00055u,1u質量對應的能量為931.5MeV.根據(jù)以上數(shù)據(jù),可以判斷參與上述反響的電子中微子的最小能量為(A)0.82MeV(B)0.31MeV(C)1.33MeV(D)0.51MeV[解析]由題意可得：電子中微子的能量E=mc2-(mAr+me-mCl)931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)931.5MeV=0.82MeV那么電子中微子的最小能量為Emin=0.82MeV[點評]應用愛因斯坦質能方程時,注意單位的使用。當用kg單位,c用m/s時,單位是J,也可像此題利用1u質量對應的能量為931.5MeV.例2、質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2、m3,質子和中子結合成氘核時,發(fā)出射線,普朗克恒量為h,真空中光速為c,那么射線的頻率=______.[解析]核反響中釋放的能量E=mc2以釋放光子的形式釋放出來,由于光子的能量為h,依能量守恒定律可知：h=mc2據(jù)此便可求出光子的頻率。質子和中子結合成氘核：H+nH+這個核反響的質量虧損為：m=m1+m2-m3根據(jù)愛因斯坦質能方程E=mc2此核反響放出的能量E=(m1+m2-m)c2以射線形式放出,由E=h[點評]此題考查計算質量虧損,根據(jù)愛因斯坦質能方程確定核能.關鍵是對質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,方向垂直于紙面向里,直角坐標系xoy的y軸為磁場的左邊界,A為固定在x軸上的一個放射源,內(nèi)裝鐳核()沿著與+x成角方向釋放一個粒子后衰變成氡核()。粒子在y軸上的N點沿方向飛離磁場,N點到O點的距離為l,OA間距離為,粒子質量為m,電荷量為q,氡核的質量為。(1)寫出鐳核的衰變方程;(2)如果鐳核衰變時釋放的能量全部變?yōu)榱Ｗ雍碗焙说膭幽芮笠粋€原來靜止的鐳核衰變時放出的能量。[解析](1)鐳核衰變方程為：(2)鐳核衰變放出粒子和氡核,分別在磁場中做勻速圓周運動,粒子射出軸時被粒子接收器接收,設粒子在磁場中的軌道半徑為R,其圓心位置如圖中點,有,那么①粒子在磁場中做勻速圓周運動,有,即,②粒子的動能為衰變過程中動量守恒,④那么氡核反沖的動能為⑤[點評]要熟練掌握核反響方程,動量守恒定律,帶電粒子在勻強磁場中的圓周運動規(guī)律的綜合運用。例4.核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、平安可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來,受控核聚變的科學可行性已得到驗證,目前正在突破關鍵技術,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。假設氘原子的質量為2.0141u,氚原子的質量為3.0160u,氦原子的質量為4.0026u,中子的質量為1.0087u,1u=1.6610-27kg。⑴寫出氘和氚聚合的反響方程。⑵試計算這個核反響釋放出來的能量。⑶假設建一座功率為3.0105kW的核聚變電站,假設聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能,每年要消耗多少氘的質量?(一年按3.2107s計算,光速c=3.00108m/s,結果取二位有效數(shù)字)[解析](1)(3)(2)E=mc2=(2.0141+3.0160-4.0026-1.0087)1.6J=2.810-12J(3)M===23kg例5.眾所周知,地球圍繞著太陽做橢圓運動,陽光普照大地,萬物生長.根據(jù)學過的知識試論述說明隨著歲月的流逝,地球公轉的周期,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)部進行著劇烈的熱核反響,在反響過程中向外釋放著巨大的能量,這些能量以光子形式放出.根據(jù)愛因斯坦質能關系：E=mc2,知太陽質量在不斷減小.地球繞太陽旋轉是靠太陽對地球的萬有引力來提供向心力G=m2R,現(xiàn)因M減小,即提供的向心力減小,不能滿足所需的向心力,地球將慢慢向外做離心運動,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G減小,半徑R增大,引起地球公轉的角速度變化,從而使公轉周期變化G=mR,T2=,即T增大.一方面,因太陽質量變小,發(fā)光功率變小;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,立意新穎,將這一周而復始的自然用所學知識一步一步說明,是一道考查能力、表達素質的好題.三、過關測試1、靜止在勻強磁場中的U核,發(fā)生。衰變后生成Th核,衰變后的粒子速度方向垂直于磁場方向,那么以下結論中正確的選項是()①衰變方程可表示為：UTh+He②衰變后的Th核和粒子的軌跡是兩個內(nèi)切圓,軌道半徑之比為1:45③Th核和粒子的動能之比為2:17④假設粒子轉了117圈,那么Th核轉了90圈A.①③B.②④C①②D.③④2.以下核反響或核衰變方程中,符號X表示中子的是(A)(B)(C)(D)3.以下關于原子結構和原子核的說法正確的選項是()A盧瑟福在粒子散射實驗的根底上提出了原子的核式結構B天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質量數(shù)守恒,其放射線在磁場中不偏轉的是射線C據(jù)圖15.3-3可知,原子核A裂變變成原子核B和C要放出核能D據(jù)圖15.3-3可知,原子核D和E聚變成原子核F要吸收核能4.當兩個中子和兩個質子結合成一個粒子時,放出28.30MeV的能量,當三個粒子結合成一個碳核時,放出7.26MeV的能量,那么當6個中子和6個質子結合成一個碳核時,釋放的能量約為()A21.04MeVB35.56MeVC77.64MeVD92.16MeV5.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B(tài)、盧瑟福的a粒子散射實驗可以估算原子核的大小C、玻爾理論是依據(jù)a粒子散射實驗分析得出的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,電子的動能減小,電勢能增大,總能量增大6.中微子失蹤之迷是一直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)生中微子振蕩,轉化為一個子和一個子?？茖W家通過對中微子觀察和理論分析,終于弄清了中微子失蹤的原因,成為2019年世界十大科技突破之一。假設中微子在運動中只轉化為一個子和一個子,并子的運動方向與中微子原來的方向一致,那么子的運動方向()A一定與中微子方向一致B一定與中微子方向相反C可能與中微子方向不在同一直線上D只能中微子方向在同一直線上7.在一定條件下,讓質子獲得足夠大的速度,當兩個質子p以相等的速率對心正碰,將發(fā)生以下反響：P+PP+P+P+其中是P反質子(反質子與質子質量相等,均為mp,且?guī)б粋€單位負電荷),那么以下關于該反響的說法正確的選項是A.反響前后系統(tǒng)總動量皆為0B.反響過程系統(tǒng)能量守恒C.根據(jù)愛因斯坦質能方程可知,反響前每個質子的能量最小為2mpc2：D.根據(jù)愛因斯坦質能方程可知,反響后單個質子的能量可能小于mpc286.用粒8.子轟擊鈹核(Be),生成一個碳核(C)和一個粒子,那么該粒子()(A)帶正電,能在磁場中發(fā)生偏轉(B)在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉(C)電離本領特別強,是原子核的組成局部之一(D)用來轟擊鈾235可引起鈾榱的裂變9.假設钚的同位素離子Pu靜止在勻強磁場中,設離子沿與磁場垂直的方向放出粒子后,變成鈾的一個同位素離子,同時放出能量為E=0.09Mev的光子。(1)試寫出這一核反響過程的方程式。(2)光子的波長為多少?(3)假設不計光子的動量,那么鈾核與粒子在勻強磁場中的盤旋半徑之比是多少?10.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向里,MN是磁場的左邊界。在磁場中A處放一個放射源,內(nèi)裝(鐳),放出某種射線后衰變成Rn(氡)。試寫出：衰變的方程,假設A距磁場的左邊界MN的距離OA=1.0m,放在MN左側的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質量較小的粒子,此時接收器位置距經(jīng)過OA的直線1.0m,由此可以推斷出一個靜止鐳核Ra衰變時放出的能量是多少?保存兩位有效數(shù)字(取1u=1.610-27kg,電子電量e=1.610-19c)11.自然界中的物體由于具有一定的溫度,會不斷地向外輻射電磁波,這種輻射因與溫度有關,稱為熱輻射。熱輻射具有如下特點：(1)輻射的能量中包含各種波長的電磁波;(2)物體溫度越高,單位時間內(nèi)從物體外表單位面積上輻射的能量越大;(3)在輻射的總能量中,各種波長所占的百分比不同。處在一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時,也要吸收由其他物體輻射的電磁能量,如果它處在平衡狀態(tài),那么能量保持不變。假設不考慮物體外表性質對輻射與吸收的影響,我們定義一種理想的物體,它能100%地吸收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)從黑體外表單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比,即P0=T4,其中常量=5.6710-8W/(mK4)在下面的問題中,把研究對象都簡單地看作黑體。有關數(shù)據(jù)及物理公式：太陽半徑Rs=696000Km,太陽外表溫度T=5770K,火星半徑r=3395Km。球面積S=4R2,其中R為球半徑。(1)太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為210-7～110-5m范圍內(nèi),求相應的頻率范圍。(2)每小時從太陽外表輻射的總能量為多少?(3)火星受到來自太陽的輻射可認為垂直到面積為r2(r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,忽略其他天體及宇宙空間的輻射,試估算火星的平均溫度。12.核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、平安可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來,受控核聚變的科學可行性已得到驗證,目前正在突破關鍵技術,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。假設氘原子的質量為2.0141u,氚原子的質量為3.0160u,氦原子的質量為4.0026u,中子的質量為1.00