27-16-227-高考物理ppt.pdf

物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 第二单元第二单元 放射性元素的衰变放射性元素的衰变 核能核能 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 天然放射现象 某些元素天然放射现象 某些元素 放射某些射线的放射某些射线的 现象称为天然放射现象现象称为天然放射现象 这些元素称这些元素称 2 三种射线的本质 三种射线的本质 射线是射线是 射线射线 是是 射线是射线是 自发地自发地 放射性元素放射性元素 氦核流氦核流 电子流电子流 电磁波电磁波 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 定义 原子核自发地放出某种粒子而转变为定义 原子核自发地放出某种粒子而转变为 的变化叫原子核的的变化叫原子核的 2 分类分类 新核新核 衰变衰变 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 3 半衰期半衰期 1 定义 放射性元素的原子核定义 放射性元素的原子核 发生衰变需要发生衰变需要 的时间的时间 2 半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因半衰期的大小由放射性元素的原子核内部本身的因 素决定素决定 跟原子所处的跟原子所处的 如压强如压强 温度等温度等 或或 如单质或化合物如单质或化合物 无关无关 有半数有半数 物理状态物理状态 化学状态化学状态 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 4 放射性同位素及应用放射性同位素及应用 1 同位素同位素 有些原子的原子核电荷数有些原子的原子核电荷数 但质量数但质量数 这样一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同这样一些具有相同核电荷数和不同中子数的原子互称为同 一位素一位素 2 放射性同位素的应用放射性同位素的应用 放射性同位素放出的射线应用于工业放射性同位素放出的射线应用于工业 探伤探伤 农业农业 医疗等医疗等 相同相同 不同不同 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 核反应 在核物理学中核反应 在核物理学中 原子核在其他粒子的轰原子核在其他粒子的轰 击下产生新击下产生新 的过程的过程 2 原子核的人工转变 用原子核的人工转变 用 轰击靶核轰击靶核 产生产生 另一种另一种 的方法的方法 如应用原子核的人工转变的三大发现的核反应如下 如应用原子核的人工转变的三大发现的核反应如下 原子核原子核 高能粒子高能粒子 新核新核 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 1919年卢瑟福用年卢瑟福用 轰击氮原子核轰击氮原子核 产生了氧的产生了氧的 同位素同位素 第一次实现了原子核的人工转变第一次实现了原子核的人工转变 并发现了质并发现了质 子子 其核其核 粒子粒子 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 核力 核力 之间的相互作用力叫核力之间的相互作用力叫核力 它是短它是短 程力程力 2 核能 由于原子核间存在核力核能 由于原子核间存在核力 所以核子所以核子结合结合成成 原子核或原子核原子核或原子核 为核子时均伴随着巨大的能量变化为核子时均伴随着巨大的能量变化 这种能量称为核能这种能量称为核能 3 质能方程 质能方程 核子核子 分裂分裂 E mc2 E mc2 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 4 质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下质量亏损总是发生在系统向外辐射能量的情况下 系统能量减少了系统能量减少了 质量自然也就减少了质量自然也就减少了 当系统的质量减当系统的质量减 少少 m时时 系统的能量就减少了系统的能量就减少了 E 减少的能量向外辐射减少的能量向外辐射 出去了出去了 减少的质量转化为光子的质量减少的质量转化为光子的质量 减少的能量转化减少的能量转化 为光子的能量为光子的能量 虽然光子的静止质量为零虽然光子的静止质量为零 但在光子的辐但在光子的辐 射过程中射过程中 具有能量具有能量E h 所以运动的光子具有一定的所以运动的光子具有一定的 质量质量 光子运动的速度始终为光子运动的速度始终为c E h mc2 所以当一所以当一 个光子的频率为个光子的频率为 时时 它的质量为它的质量为m 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 轻核的聚变 某些轻核结合成质量较大的核的反轻核的聚变 某些轻核结合成质量较大的核的反 应过程应过程 同时释放出大量的核能同时释放出大量的核能 要想使氘核和氚核结合要想使氘核和氚核结合 成氦核成氦核 必须达到必须达到 的高温的高温 因此聚变反应因此聚变反应 又叫又叫 反应反应 如 如 1 重核的裂变 重核俘获一个中子后分裂成两个重核的裂变 重核俘获一个中子后分裂成两个 或多个或多个 中等质量核的反应过程 重核裂变的同时放出几中等质量核的反应过程 重核裂变的同时放出几 个中子 并释放出核能 如 个中子 并释放出核能 如 235 92 U 1 0n 92 36Kr 141 56 Ba 31 0n 几百万度以上几百万度以上 热核热核 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 3 裂变反应堆 又称核反应堆裂变反应堆 又称核反应堆 简称反应堆简称反应堆 反应反应 堆主要由以下几部分组成 堆主要由以下几部分组成 核燃料核燃料 减速剂减速剂 控制棒控制棒 冷却剂冷却剂 反射层反射层 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 种类种类 射线射线 射线射线 射线射线 贯穿本领贯穿本领 最弱最弱 用纸能挡住用纸能挡住 较强较强 穿透几毫米穿透几毫米 的铝板的铝板 最强最强 穿透几厘米穿透几厘米 的铅板的铅板 对空气的对空气的 电离作用电离作用 很强很强 较弱较弱 很弱很弱 在空气中在空气中 的径迹的径迹 粗 短 直粗 短 直 细 较长 曲折细 较长 曲折 最长最长 通过胶片通过胶片 感光感光 感光感光 感光感光 产生机制产生机制 核内两个中子和两核内两个中子和两 个质子结合得比较个质子结合得比较 紧密 有时会作为紧密 有时会作为 一个整体从较大的一个整体从较大的 原子核抛射出来原子核抛射出来 核内的中子可以转核内的中子可以转 化为一个质子和一化为一个质子和一 个电子 产生的电个电子 产生的电 子从核中发射出来子从核中发射出来 放射性原子核在发放射性原子核在发 生生 衰变 衰变 衰变后衰变后 产生的新核往往处产生的新核往往处 于高能级 当它向于高能级 当它向 低能级跃迁时 辐低能级跃迁时 辐 射射 光子光子 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 种类种类 射线射线 射线射线 射线射线 组成组成 高速氦核流高速氦核流 高速电子流高速电子流 光子流光子流 高频电磁波高频电磁波 带电荷量带电荷量 2e e 0 质量质量 4mp mp 1 67 10 27kg mp 1840 静止质量为零静止质量为零 符号符号 4 2He 0 1e 速度速度 0 1c 0 99c c 在电磁在电磁 场中场中 偏转偏转 与与 射线反射线反 向偏转向偏转 不偏转不偏转 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 衰变和衰变和 衰变的比较衰变的比较 衰变类型衰变类型 衰变衰变 衰变衰变 衰变方程衰变方程 M ZX M 4 Z 2Y 42He M ZX M Z 1Y 0 1e 2个质子和个质子和2个中子个中子 结合成一个整体射出结合成一个整体射出 中子转化为中子转化为 质子和电子质子和电子 衰变实质衰变实质 21 1H 21 0n 4 2He 1 0n 1 1H 0 1e 衰变规律衰变规律 电荷数守恒 质量数守恒电荷数守恒 质量数守恒 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 说明 说明 1 衰变次数的确定衰变次数的确定 设放射性元素设放射性元素 A ZX经过 经过n次次 衰变和衰变和m次次 衰变后 变为稳衰变后 变为稳 定的新元素定的新元素A Z Y 则核反应的方程为 则核反应的方程为 A ZX A Z Y n4 2He m0 1e 根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程 根据电荷数守恒和质量数守恒可得方程 A A 4n Z Z 2n m 由由 式联立解得 式联立解得 n A A 4 m Z Z A A 2 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方由此可见确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方 程组程组 有了这个方程组有了这个方程组 确定衰变次数就十分方便确定衰变次数就十分方便 实际确定方法是 根据实际确定方法是 根据 衰变不改变质量数衰变不改变质量数 首先由首先由 质量数改变确定质量数改变确定 衰变次数衰变次数 然后根据核电荷数守恒确定然后根据核电荷数守恒确定 衰变次数衰变次数 2 核反应过程一般都是不可逆的核反应过程一般都是不可逆的 所以核反应方程只所以核反应方程只 能用单向箭头表示反应方向能用单向箭头表示反应方向 不能用等号连接不能用等号连接 3 核反应的生成物一定要以实验为基础核反应的生成物一定要以实验为基础 不能凭空只不能凭空只 依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 4 核反应方程遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循核反应方程遵循质量数守恒而不是质量守恒 遵循 电荷数守恒电荷数守恒 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 半衰期 半衰期 用用 N0 m0分别表示衰变前的原子核数目和质量 分别表示衰变前的原子核数目和质量 N m 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量 分别表示衰变后剩余的原子核的数目和质量 为半衰期 为半衰期 t 表示衰变过程所经历的时间 则表示衰变过程所经历的时间 则 N N0 1 2 t m m0 1 2 t 说明 说明 半衰期由放射性元素的原子核内部本身半衰期由放射性元素的原子核内部本身 的因素决定 跟原子所处的物理状态的因素决定 跟原子所处的物理状态 如压强 温度如压强 温度 等等 或化学状态或化学状态 如单质或化合物如单质或化合物 无关 无关 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 3 衰变 衰变 衰变是伴随着衰变是伴随着 衰变或衰变或 衰变同时发生的衰变同时发生的 衰变不改变原子核的电荷数和质量数衰变不改变原子核的电荷数和质量数 其实质是放射性其实质是放射性 原子核在发生原子核在发生 衰变或衰变或 衰变过程中衰变过程中 产生的新核由于具有产生的新核由于具有 过多的能量过多的能量 核处于激发态核处于激发态 而辐射出光子而辐射出光子 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 4 核反应四种类型比较核反应四种类型比较 类型类型 可控性可控性 核反应方程典例核反应方程典例 衰变衰变 自发自发 238 92U 234 90Th 4 2He 衰衰 变变 衰变衰变 自发自发 234 90Th 234 91Pa 0 1e 14 7N 4 2He 17 8O 1 1H 卢瑟福发现质子 卢瑟福发现质子 4 2He 9 4Be 12 6C 1 0n 查德威克发现中子 查德威克发现中子 27 13Al 4 2He 30 15P 1 0n 人工转变人工转变 人工人工 控制控制 30 15P 30 14Si 0 1e 约里奥约里奥 居里夫妇居里夫妇 发现放射性同位发现放射性同位 素 同时发现正素 同时发现正 电子电子 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 类型类型 可控性可控性 核反应方程典例核反应方程典例 235 92U 1 0n 144 56Ba 89 36Kr 31 0n 重核重核 裂变裂变 比较容比较容 易进行易进行 人工人工 控制控制 235 92U 1 0n 136 54Xe 90 38Sr 101 0n 轻核轻核 聚变聚变 除氢弹除氢弹 外无法外无法 控制控制 2 1H 3 1H 4 2He 1 0n 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 核能的计算方法 核能的计算方法 1 根据爱因斯坦的质能方程根据爱因斯坦的质能方程 用核子结合成原子核用核子结合成原子核 时质量亏损时质量亏损 m 的千克数乘以真空中光速的千克数乘以真空中光速 c 3 108m s 的平方的平方 即即 E mc2 2 根据根据1原子质量单位原子质量单位 u 相当于相当于931 5兆电子伏兆电子伏 MeV 能量能量 用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘用核子结合成原子核时质量亏损的原子质量单位乘 以以931 5 MeV 即即 E m 931 5 MeV 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 注意 注意 式中式中 m的单位是千克的单位是千克 kg E的单位是焦的单位是焦 耳耳 J 式中式中 m的单位是指原子质量单位的单位是指原子质量单位u 1 u 1 660566 10 27 kg E的单位是兆电子伏的单位是兆电子伏 MeV 能能 的转化和守恒定律的转化和守恒定律 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 3 核反应中释放的核能核反应中释放的核能 在无光子辐射的情况下在无光子辐射的情况下 将转化为生成的新核和新粒子的动能将转化为生成的新核和新粒子的动能 因此在此情况下可因此在此情况下可 应用动量守恒定律和能量守恒及转化定律来计算核能应用动量守恒定律和能量守恒及转化定律来计算核能 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 例例1 1 关于放射性元素的半衰期关于放射性元素的半衰期 下列说法正下列说法正 确的有确的有 A 是原子核质量减少一半所需的时间是原子核质量减少一半所需的时间 B 是原子核有半数发生衰变所需的时间是原子核有半数发生衰变所需的时间 C 把放射性元素放在密封的容器中把放射性元素放在密封的容器中 可以减慢放射可以减慢放射 性元素的半衰期性元素的半衰期 D 可以用来测定地质年代可以用来测定地质年代 生物年代等生物年代等 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 设镭设镭226的半衰期为的半衰期为1 6 103年年 质量为质量为100 g的镭的镭 226经过经过4 8 103年后年后 有多少克镭发生衰变有多少克镭发生衰变 若衰变后的若衰变后的 镭变为铅镭变为铅206 则此时镭铅质量之比为多少则此时镭铅质量之比为多少 分析 分析 半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时半衰期是指原子核有半数发生衰变所经历的时 间 它是由原子核内部因素决定的 与外界环境无关 由间 它是由原子核内部因素决定的 与外界环境无关 由 n N 1 2 t M M 1 2 t 可进行有关计算 可进行有关计算 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 1 根据前面分析可知根据前面分析可知 BD 正确 正确 2 经过三个半衰期 剩余镭的质量为经过三个半衰期 剩余镭的质量为 M M 1 2 t 100 1 8 g 12 5 g 已衰变的镭的质量为已衰变的镭的质量为 100 12 5 g 87 5 g 设生成铅的质量为设生成铅的质量为 m 则 则 226 206 87 5 m 得得 m 79 8 g 所以镭铅质量之比为所以镭铅质量之比为 125 798 答案 答案 1 BD 2 87 5 g 125 798 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 高分通道高分通道 1 半衰期是原子核有半数发生衰变 变成新核 并不半衰期是原子核有半数发生衰变 变成新核 并不 是原子核的数量 质量减少一半 是原子核的数量 质量减少一半 2 要理解半衰期公式中各物理量的含义 在公式要理解半衰期公式中各物理量的含义 在公式 n N 1 2 t M M 1 2 t 中 中 n M 是指剩余的原子核的量 是指剩余的原子核的量 而不是衰变的量 而不是衰变的量 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 变式变式1 为测定水库的容量为测定水库的容量 将一瓶含有放射性同位将一瓶含有放射性同位 素的溶液倒入水库中素的溶液倒入水库中 已知这瓶溶液每分钟衰变已知这瓶溶液每分钟衰变5 12 108 次次 这种同位素的半衰期为这种同位素的半衰期为24小时小时 5天以后从水库中取天以后从水库中取 出出1 m3的水的水 并测得它每分钟衰变并测得它每分钟衰变10次次 试求水库的容试求水库的容 量量 解析 解析 可认为可认为5天后放射性同位素均匀分布于水库中天后放射性同位素均匀分布于水库中 5天后天后 水库的水中放射性同位素每分钟衰变的总次为水库的水中放射性同位素每分钟衰变的总次为N 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 5 12 108 25 次 次 1 6 107次 次 设水库的容量为设水库的容量为V 则则V N 1 10 V 1 10N 1 6 106m3 答案 答案 1 6 106m3 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 例例2 2009年山东卷年山东卷 历史上第一次利用加速器实历史上第一次利用加速器实 现的核反应现的核反应 是用加速后动能为是用加速后动能为0 5 MeV的质子的质子H轰击静轰击静 止的止的X 生成两个动能均为生成两个动能均为8 9 MeV的的He 1 MeV 1 6 10 13J 上述核反应方程为上述核反应方程为 质量亏损为质量亏损为 kg 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 1 1H 7 3X 4 2He 4 2He或 或 1 1H 7 3Li 4 2He 4 2He mc2 E末 末 E初初 所以 所以 m E 末末 E初初 c2 2 8 9 0 5 1 6 10 13 3 108 2 kg 3 1 10 29kg 答案 答案 1 1H 7 3X 4 2He 4 2He或 或1 1H 7 3Li 4 2He 4 2He 3 1 10 29 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 高分通道高分通道 质量亏损并不是质量的消失质量亏损并不是质量的消失 并不与质量守恒定律并不与质量守恒定律 矛盾矛盾 而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了而是亏损的质量以能量的形式辐射出去了 在核能问题的计算中在核能问题的计算中 c的单位取国际单位中的单的单位取国际单位中的单 位位 此时若此时若 m单位为千克单位为千克 能量单位为焦耳能量单位为焦耳 如如 m的单的单 位为位为u时时 记住记住1u相当于相当于931 5 MeV的能量关系的能量关系 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 变式变式2 裂变反应是目前核能利用中常用的反裂变反应是目前核能利用中常用的反 应 以原子核应 以原子核 235 92 U为燃料的反应堆中 当为燃料的反应堆中 当 235 92 U俘获一个慢俘获一个慢 中子后发生的裂变反应可以有多种方式 其中一种可表中子后发生的裂变反应可以有多种方式 其中一种可表 示为示为 235 92 U 1 0n 139 54 Xe 94 38Sr 31 0n 235 0439 1 0087 138 9178 93 9154 反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量反应方程下方的数字是中子及有关原子的静止质量 以原子质量单位以原子质量单位u为单位为单位 已知 已知 27 18 Ar核的质量为核的质量为 36 95691 u 1 u的质量对应的能量为的质量对应的能量为9 3 102MeV 此裂 此裂 变反应释放出的能量是变反应释放出的能量是 MeV 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 分析 分析 根据问题根据问题 合理选择求核能的方法合理选择求核能的方法 求解时注求解时注 意各量意各量 解析 解析 核反应前的总质量 核反应前的总质量 m1 235 0439 1 0087 u 236 0526 u 核反应后的总质量 核反应后的总质量 m2 138 9178 93 9154 3 1 0087 u 235 8593 u 质量亏损质量亏损 m m1 m2 0 1933 u 因为因为1 u 931 5 MeV 所以所以 E 0 1933 931 5 MeV 1 8 102 MeV 答案 答案 1 8 102 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 例例3 天文学家测得银河系中氦的含量约为天文学家测得银河系中氦的含量约为25 有关研究表明有关研究表明 宇宙中氦生成的途径有两条 一是在宇宙宇宙中氦生成的途径有两条 一是在宇宙 诞生后二分钟左右生成的 二是在宇宙演化到恒星诞生后诞生后二分钟左右生成的 二是在宇宙演化到恒星诞生后 由恒星内部的氢核聚变反应生成的由恒星内部的氢核聚变反应生成的 1 把氢核聚变反应简化为把氢核聚变反应简化为4个氢核个氢核 H 聚变成氦核聚变成氦核 He 同时放出同时放出2个正电子个正电子 e 和和2个中微子个中微子 ve 请写出该氢核聚请写出该氢核聚 变反应的方程变反应的方程 并计算一次反应释放的能量并计算一次反应释放的能量 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 研究表明研究表明 银河系的年龄约为银河系的年龄约为t 3 8 1017 s 每秒每秒 钟银河系产生的能量约为钟银河系产生的能量约为1 1037 J 即即P 1 1037 J s 现现 假定该能量全部来自上述氢核聚变反应假定该能量全部来自上述氢核聚变反应 试估算银河系中试估算银河系中 氦的含量氦的含量 最后结果保留一位有效数字最后结果保留一位有效数字 3 根据你的估算结果根据你的估算结果 对银河系中氦的主要生成途径对银河系中氦的主要生成途径 作出判断作出判断 可能用到的数据 银河系质量约为可能用到的数据 银河系质量约为M 3 1041 kg 原子质量单位原子质量单位1 u 1 66 10 27 kg 1 u相当于 相当于 1 5 10 10 J的能量 的能量 电子质量电子质量m 0 0005 u 氦核质量氦核质量m 4 0026 u 氢核质量氢核质量mp 1 0078 u 中微子中微子ve质量为零质量为零 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 1 核反应方程为 核反应方程为 41 1H 4 2He 20 1e 2ve 其质量亏损 其质量亏损 m 4mp m 3me 其释放的能量 其释放的能量 E mc2 代入数据得 代入数据得 E 4 14 10 12 J 2 m Pt Em 6 1 1039 kg 氦的含量氦的含量k m M 6 1 1039 3 1041 2 3 由估算结果可知 由估算结果可知 k 2 远小于远小于25 的实际值 所的实际值 所 以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 以银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 答案 答案 1 4 1 1H 4 2He 2 0 1e 2ve 4 14 10 12 J 2 2 3 银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久生成的 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 高分通道高分通道 题目涉及了许多新的知识题目涉及了许多新的知识 解此类信息题必须将题目解此类信息题必须将题目 提供的规律和物理基础知识提供的规律和物理基础知识 与已有的知识相结合并迁移与已有的知识相结合并迁移 到要回答的问题中到要回答的问题中 再列方程求解再列方程求解 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 变式变式3 在各种能源中 核能具有能量密度大 地在各种能源中 核能具有能量密度大 地 区适应性强的优势 在核电站中 核反应堆释放的核能区适应性强的优势 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 释放大量核能 核发生裂变反应 释放大量核能 1 核反应方程式核反应方程式 235 92U n 141 56Ba 92 36Kr aX是反是反 应堆中发生的许多核反应中的一种 应堆中发生的许多核反应中的一种 n为中子 为中子 X为待为待 求粒子 求粒子 a为为X的个数 则的个数 则X为为 a 以以mU mBa mKr分别表示分别表示 235 92U 141 56Ba 92 36Kr核的 核的 质量 质量 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 mn mP分别表示中子 质子的质量 分别表示中子 质子的质量 c为光在真空中为光在真空中 的传播速度 则在上述核反应过程中放出的核能的传播速度 则在上述核反应过程中放出的核能 E 2 有一座发电能力为有一座发电能力为P 1 00 106 kW的核电站 核的核电站 核 能转化为电能的效率能转化为电能的效率 40 假定反应堆中发生的裂变反假定反应堆中发生的裂变反 应全是本题应全是本题 1 中的核反应 已知每次核反应过程放出的中的核反应 已知每次核反应过程放出的 核能核能 E 2 78 10 11 J 235 92U核的质量 核的质量MU 3 90 10 25 kg 求每年求每年 1年 年 3 15 107 s 消耗的消耗的 235 92U的质量 的质量 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 分析 分析 题目考查质能方程 首先根据题给信息 求题目考查质能方程 首先根据题给信息 求 出核放射所释放的能 再根据质能方程求解消耗的出核放射所释放的能 再根据质能方程求解消耗的 235 92 U的质量 的质量 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 1 根据核反应过程中的电荷数守恒和质量数根据核反应过程中的电荷数守恒和质量数 守恒可知 式中的守恒可知 式中的X为中子为中子 1 0 n a 3 核反应中质量亏核反应中质量亏 损为损为 m mU mn mBa mKr 3mn mU mBa mKr 2mn 根据爱因斯坦质能方程可得核反应过程中释放出的根据爱因斯坦质能方程可得核反应过程中释放出的 核能核能 E mc2 mU mBa mKr 2mn c2 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 核电站一年的发电量核电站一年的发电量 W Pt 式中式中 t 表示一年的时间表示一年的时间 一年内核电站提供的核能为一年内核电站提供的核能为 E W 每次核反应释放的能量为每次核反应释放的能量为 E 一年内需要核反应的 一年内需要核反应的 次数为次数为 N E E 一年内消耗一年内消耗 235 92U 的质量为 的质量为 m NMU 联立并代入数据得 联立并代入数据得 m 1 10 103 kg 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 答案 答案 1 1 0n 3 mU mBa mKr 2mn c2 2 1 10 103 kg 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 例例4 原来静止的铀原来静止的铀U和钍和钍234同时在同一匀强磁同时在同一匀强磁 场中场中 由于衰变而开始做匀速圆周运动由于衰变而开始做匀速圆周运动 铀铀238发生了一发生了一 次次 衰变衰变 钍钍234发生了一次发生了一次 衰变衰变 1 试画出铀试画出铀238发生一次发生一次 衰变时所产生的新核及衰变时所产生的新核及 粒粒 子在磁场中运动轨迹的示意图子在磁场中运动轨迹的示意图 2 试画出钍试画出钍234发生一次发生一次 衰变时所产生的新核及衰变时所产生的新核及 粒粒 子在磁场中的运动轨迹的示意图子在磁场中的运动轨迹的示意图 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 1 铀铀238发生衰变时发生衰变时 由于放出由于放出 粒子而产生粒子而产生 了新核了新核 根据动量守恒定律根据动量守恒定律 它们的总动量为零它们的总动量为零 即 即 m1v1 m2v2 0 因为它们都带正电因为它们都带正电 衰变后的速度正好相反衰变后的速度正好相反 所以所以 受到的洛伦兹力方向也相反受到的洛伦兹力方向也相反 因而决定了它们做圆周运动因而决定了它们做圆周运动 的轨迹圆是外切的的轨迹圆是外切的 它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦它们做匀速圆周运动的向心力由洛伦 兹力提供兹力提供 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 即 即 m v2 R Bqv 所以所以R mv Bq 又因为又因为m1v1 m2v2 所以所以 R1 R2 q2 q1 由于 由于q1 2 q2 92 2 90 因而 因而 R1 R2 45 1 如右图如右图1所所 示 其中轨道示 其中轨道a为为 粒子的径迹 轨道半径为粒子的径迹 轨道半径为R1 轨道 轨道b 为新核的径迹 其轨道半径为为新核的径迹 其轨道半径为R2 R1 R2 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 同理同理 钍钍234发生一次发生一次 衰变放出的衰变放出的 粒子与产生的粒子与产生的 新核的动量大小相等新核的动量大小相等 方向相反方向相反 即总动量为零即总动量为零 可是可是 粒子带负电粒子带负电 新核带正电新核带正电 它们衰变后的速度方向相反它们衰变后的速度方向相反 但受的洛伦兹力方向相同但受的洛伦兹力方向相同 所以所以 它们的两个轨迹圆是内它们的两个轨迹圆是内 切的切的 且且 粒子的轨道半径大于新核的轨道半径粒子的轨道半径大于新核的轨道半径 它们的它们的 轨迹示意图如图轨迹示意图如图2所示所示 其中其中 c为为 粒子的径迹粒子的径迹 d为新核为新核 的径迹的径迹 答案 答案 1 如图如图1所示所示 2 如图如图2所示所示 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 高分通道高分通道 孤立的原子核在衰变时遵从动量守恒孤立的原子核在衰变时遵从动量守恒 由于原子核衰由于原子核衰 变后都带电变后都带电 故在匀强磁场中都可做匀速圆周运动故在匀强磁场中都可做匀速圆周运动 而衰而衰 变产生的新核和粒子运动方向相反变产生的新核和粒子运动方向相反 所以如果是所以如果是 衰变衰变 则衰变瞬间新核和则衰变瞬间新核和 粒子受洛伦兹力的方向相反粒子受洛伦兹力的方向相反 形成的形成的 两个轨迹圆外切 而两个轨迹圆外切 而 衰变新核的轨迹圆与衰变新核的轨迹圆与 粒子的轨迹圆粒子的轨迹圆 内切内切 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 变式变式4 云室处在磁感应强度为云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中的匀强磁场中 一一 静止的质量为静止的质量为M的原子核在云室中发生一次的原子核在云室中发生一次 衰变衰变 粒子粒子 的质量为的质量为m 电荷量为电荷量为q 其运动轨迹在与磁场垂直的平其运动轨迹在与磁场垂直的平 面内面内 现测得现测得 粒子运动的轨道半径为粒子运动的轨道半径为R 试求在衰变过程试求在衰变过程 中的质量亏损中的质量亏损 涉及动量问题时涉及动量问题时 亏损的质量可以不计亏损的质量可以不计 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 由洛伦兹力和牛顿定律可得由洛伦兹力和牛顿定律可得qvB mv 2 R 式中式中v为为 粒子运动的速度 粒子运动的速度 设设v 为衰变后反冲核的速度 由动量守恒定律可为衰变后反冲核的速度 由动量守恒定律可 得 得 M m v mv 由题意知 此处不考虑质量亏损 由题意知 此处不考虑质量亏损 在衰变过程中 在衰变过程中 粒子和反冲核的动能均来自于核粒子和反冲核的动能均来自于核 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 反应的能量 即 反应的能量 即 mc2 1 2 M m v 2 1 2mv 2 联立以上三式解得 联立以上三式解得 m M qBR 2 2c2m M m 答案 答案 M qBR 2 2c2m M m 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 1 2009年上海卷年上海卷 放射性元素衰变时放出的三种射线放射性元素衰变时放出的三种射线 按穿透能力由强到弱的排列顺序是按穿透能力由强到弱的排列顺序是 A 射线射线 射线射线 射线射线 B 射线射线 射线射线 射线射线 C 射线射线 射线射线 射线射线 D 射线射线 射线射线 射线射线 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 由放射性元素衰变时产生的由放射性元素衰变时产生的 射线射线 射线射线 射线的电离及穿透性质可知射线的电离及穿透性质可知B正确正确 答案 答案 B 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 2 2009年天津卷年天津卷 下列说法正确的是下列说法正确的是 物理 高考总复习人教版 新课标 第七模块 选修3 5 解析 解析 核反应类型分四种核反应类型分四种 核反应的方程特点各有不核反应的方程特点各有不 同同 衰变方程的左边只有一个原子核衰变方程的左边只有一个原子核 右边出现右边出现 或或 粒粒 子子 聚变方程的左边是两个轻核反应聚变方程的左边是两个轻核反应 右边是中等原子右边是中等原子 核核 裂变方程的左边是重核与中子反应裂变方程的左边是重核与中子反应 右边是中等原子右边是中等原子