沪科版高中物理选修(3-5)第5章《核能与社会》章末总结学案

1、最新沪科版高中物理选修（3-5 ）第 5 章核能与社会章末总结学案一、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衰变23892U 23490Th 42He贝可勒变衰变23490Th 23491Pa 01e1896 年尔发现235 92U 0n1 38Sr90 13654 Xe 原子弹裂变101n1938 年原理 141 MeV聚变1H2 1H3 2He4 0n1 17.6 MeV氢弹原理13Al27 2He4 15P300n1约里正电子1934 年奥 居人15P30 14Si30 1e0里夫人工发现转147N 2He4 178O 1H1919 年卢瑟福质子变发现查

2、德4Be9 2He4 126C 0n11932 年中子威克2.解题注意(1) 熟记一些粒子的符号粒子 (42He)、质子 (1H)、中子 (10n)、电子 (0 1e)、氘核 (21H) 、氚核 (31H) (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：1 / 4 2411Na 12Mg24 0 1e 23592U 0n114156Ba 36Kr92 310n 21H 1H3 2He4 10n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 ,

3、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.147 N 2He4 178O XB.2713Al 2He4 15P30 XC.1H2 31H 42He XD.23592U X 9038Sr 13654Xe 10X答案BCD AB解析在

4、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：14 4 17 x,x 1,其电荷数为： 7 2 8 y,y 1,即未知粒子是质子 (1H)；对B,未知粒子的质量数为： 27 4 30 x,x1,其电荷数为： 13 2 15y,y 0,所以是中子(10n)；对 C,未知粒子的质量数为：2 3 4x,x 1,电荷数为： 1 1 2 y,y 0,也是中子 (10n)；对 D,未知粒子的质量数为：235 x90 136 10x,x 1,电荷数为： 92y 3854 10y,y 0,也是中子 (10n),故方程中X

5、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 E m c2计算核能,所以 ,当原子核及核子的质量用“kg”作公式中的各物理量必须用国际单位制中的单位来表示单位时 ,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“先拆散 ,再结合 ”的方法利用结合能计算核能时要采用例 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

6、_, 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1H2 1H2 2He3 0n1.核反应过程中的质量亏损m 2mH (mHe mn) 22.013 6 u (3.015 0 1.008 7)u 3.5 10 3u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E 3.5 10 3 931.5 MeV 3.3 MeV.答案1H2 1H2 2He3 0n13.3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E12 / 40.6 MeV 的质子轰击静止的锂核 73Li, 生成

7、两个 粒子 ,测得两个 粒子的动能之和为 E2 18.1 MeV .(1) 写出该核反应方程；(2) 通过计算说明 E mc2正确 (已知质子、 粒子、锂核的质量分别为mp 1.007 8u,m 4.002 6 u,mLi 7.016 0 u)答案见解析解析(1)核反应方程为： 3Li7 1H 2He42He4.(2) 核反应过程中的质量亏损：m mLi mp 2m 7.0160 u 1.007 8 u24.002 6 u0.018 6 u由质能方程可得质量亏损释放的能量：Emc2 0.018 6 931.5MeV 17.3MeV .而系统增加的动能： E E2 E1 (18.1 0.6) M

8、eV 17.5 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 (63Li) 发生核反应 ,生成氚核 (31H) 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63Li 10n 31H 42He 4.8 MeV(2) 依据 E mc2得4.8m 931.5 u 0.005 2 u(3) 根据题意有0m1v1 m2v2式中 m1、 m2、v1、 v2

9、 分别为氚核和 粒子的质量和速度,由上式及动能Ek p2,可得它们2m的动能之比为p2 p2 1 1 m2 m1 4 3.Ek1 Ek2 2m1 2m2 2m12m2(4) 粒子的动能33Ek2 7(Ek1 Ek2) 74.8 MeV 2.06 MeV答案 (1)63Li 10n 31H 42He 4.8 MeV(2)0.005 2 u(3)4 3 (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 21H 31H 42He 10nB “

10、人造太阳 ”的核反应方程是 23592U 10n14456Ba8936Kr 310nC “人造太阳 ”释放的能量大小的计算公式是E mc21D “人造太阳 ”核能大小的计算公式是E2mc2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 23592U 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23592U 0n1X9438Sr 210n,则下列叙述正确的是 ()3 / 4A X 原子核中含有86 个中子B X 原子核中含有141 个核子C因为裂变时释放能量,根据 Emc2

11、,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235 1 a 94 21,92 b 38,解得 a 140,b 54,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 ab 140 54 86,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：1H2 1H2 1H3 1H.(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

12、动能是_ (已知 m21H 2.013 6 u,m31H 3.015 6 u,m1H 1.007 3 u)答案(1)4.005 MeV (2)1.5 MeV解析(1)此核反应中的质量亏损和放出的能量分别为：m (2 2.013 6 3.015 6 1.007 3) u 0.004 3 u,Emc2 0.004 3 931.5 MeV 4.005 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 p1 p2.1m1 和 m2.则 Ek1m1v2设碰后质子和氚核的动能分别为Ek1 和 Ek2,质量分别为 2 m1v2Ek21m2v22m2v2p21m1 m23,p2m11m2故新生的氚核具有的动能为11Ek2 4( EEk0) 4(4.005 2) MeV 1.5 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23592U 0n1 14156Ba 36Kr92 aX 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