高中物理选修3步步高同步讲义第五章 专题强化　核反应类型　动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用

第五章HEFANYINGLEIXINGDONGLIANGSHOUHENGDINGLVHENENGLIANGSHOUHENGDINGLVZAIHEFANYINGZHONGDEYINGYONG专题强化核反应类型动量守恒定

律和能量守恒定律在核反

应中的应用探究重点提升素养/专题强化练1.了解四种核反应的特征，会根据质量数守恒和电荷数守恒书写

核反应方程.2.学会结合动量守恒定律和能量守恒定律解决核反应相关问题.学习目标内容索引探究重点提升素养Part1专题强化练Part2探究重点提升素养Part

11.四种核反应的理解(1)衰变：放射性元素的原子核自发放出某种粒子后变成新的原子核的变化.一、四种核反应(2)原子核的人工转变：用人工的方法，使原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程.(3)核裂变：一个重核分裂成两个中等质量的核，这样的核反应叫作核裂变.(4)核聚变：两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作核聚变.2.解题时的注意事项(2)在核反应方程中，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.

(2021·汕头市高二期末)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能源问题的途径之一，下列关于核反应方程的说法正确的是例1√在下列描述核反应的方程中，属于α衰变的是____，属于β衰变的是____，属于核裂变的是____，属于核聚变的是____.(填正确答案前的字母)针对训练1CABEF核裂变是指一些质量较大的原子核，如铀、钍和钚等在吸收一个中子后分裂成两个或多个质量较小的原子核，同时放出多个中子和很大能量的过程，E项符合要求；核聚变是指两个轻原子核结合成质量较大的原子核并释放大量能量的过程，F项符合要求；D项属于人工核转变的方程.

(2021·淮安市期中)嫦娥四号探测器上安装了一块核电池，利用放射性同位素发射的高能射线照射热电元件，将热能转化为电能，符合这种核电池原理的核反应方程是例2√由利用放射性同位素发射的高能射线可知对应的核反应为天然放射现象中的衰变，A为轻核聚变方程，B该方程为原子核的人工转变方程，C为放射性同位素的α衰变方程，D为重核裂变方程，故选C.二、动量守恒定律和能量守恒定律在核反应中的应用动量守恒定律和能量守恒定律作为力学的两大规律，不仅适用于宏观物体的相互作用，也适用于微观粒子的相互作用.原子核的衰变、人工核转变、核聚变反应中同样遵循动量守恒和能量守恒.

物理学家考克饶夫和沃尔顿建造了一台粒子加速器，他们获得了高速运动的质子，用来轰击静止的锂原子核()，形成一个不稳定的复合核后分解成两个相同的原子核.(1)写出核反应方程式；例3(2)已知质子的质量为m，初速度为v0，反应后产生的一个原子核速度大小为1.5v0，方向与质子运动方向相同，求反应过程中释放的核能.(设反应过程释放的核能全部转变为动能)核反应过程，动量守恒mv0＝4m·1.5v0＋4mv根据能量守恒定律，反应过程中释放的核能为

(2021·江苏常州市第二中学高二期中)一个静止的铀核(原子质量为232.0372u)放出一个α粒子(原子质量为4.0026u)后衰变成钍核(原子质量为228.0287u)，已知1u相当于931.5MeV的能量(结果保留三位有效数字).(1)写出铀核的衰变反应方程；例4(2)算出该衰变反应中释放出的核能；答案5.50MeV质量亏损Δm＝mU－mα－mTh＝0.0059uΔE＝0.0059×931.5MeV≈5.50MeV(3)若释放的核能全部转化为新核的动能，则α粒子的动能为多少？答案5.41MeV衰变前后系统动量守恒，钍核和α粒子的动量大小相等、方向相反，即pTh＋(－pα)＝0由能量守恒得EkTh＋Ekα＝ΔE计算核能的常用方法1.根据爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2计算核能.2.根据1u相当于931.5MeV能量来计算.3.在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能全部转化为生成的新核和新粒子的动能.总结提升(2021·菏泽市高二期末)太阳中含有大量的氘核，因氘核不断发生核反应释放大量的核能，以光和热的形式向外辐射.若已知两个氘核

聚变产生一个中子

和一个氦核.已知氘核质量为2.0136u，氦核质量为3.0150u，中子质量为1.0087u，1u的质量相当于931.5MeV的能量.则：(1)写出核反应方程；针对训练2(2)求核反应中释放的核能(结果保留3位有效数字)；答案3.26MeV两个氘核发生反应的质量亏损Δm＝2×2.0136u－1.0087u－3.0150u＝0.0035u释放的核能为ΔE＝0.0035×931.5MeV≈3.26MeV(3)在两氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能.答案2.97MeV

0.99MeV根据动量守恒定律得p1＋p2＝0可得p1和p2大小相等，方向相反.根据p＝mv又mHe＝3mn故有Ekn＝3EkHe由能量守恒定律得Ekn＋EkHe＝ΔE＋2EkH代入数据解得Ekn＝2.97MeVEkHe＝0.99MeV.返回专题强化练Part

21.关于下列核反应方程的说法正确的是基础强化练1234567891011√12345678910112.(2021·江苏无锡高二期末)作为一项新能源，人类利用核能，目前都是通过可控制的核裂变反应实现的.下列反应中属于核裂变反应的是1234567891011√反应物只有一个，生成物有氦核，属于α衰变，A不符合题意；氦核轰击铝核，生成磷的同位素，是人工核转变，B不符合题意；两个轻核生成一个中等质量的核，属于核聚变反应，C不符合题意；中子轰击铀核，生成两个中等质量的核和中子，则该核反应为核裂变反应，D符合题意.12345678910113.(2021·湖州市高二期末)放射性同位素在工业、医疗、生物技术等领域都具有广泛应用，下列四个核反应方程中属于生成人工放射性同位素的是1234567891011√

不存在于自然界中，是1934年约里奥—居里夫妇用α射线轰击铝箔时发现的放射性同位素，属于生成人工放射性同位素的核反应，故A符合题意；1234567891011该反应是氢核的聚变，不属于生成人工放射性同位素的核反应，故D不符合题意.4.(2021·江苏吴江平望中学高二月考)核潜艇以核反应堆为动力源.关于核反应，下列说法正确的是1234567891011√1234567891011核反应前后核子数相等，核反应遵循质量数守恒而不是质量守恒，故A错误；β衰变是原子核的衰变，与核外电子无关，β衰变时释放的电子是由核内一个中子转化成一个质子的同时释放出来的，故D错误.5.一静止的铀核放出一个α粒子衰变成钍核，衰变方程为

，下列说法正确的是A.衰变后钍核的动能等于α粒子的动能B.衰变后钍核的动量大小等于α粒子的动量大小C.铀核的半衰期等于其放出一个α粒子所经历的时间D.衰变后α粒子与钍核的质量之和等于衰变前铀核的质量√12345678910111234567891011静止的铀核在α衰变过程中，满足动量守恒的条件，根据动量守恒定律得pTh＋pα＝0，即钍核的动量和α粒子的动量大小相等，方向相反，选项B正确；半衰期的定义是统计规律，对于一个原子核不适用，选项C错误；铀核在衰变过程中有一定的质量亏损，故选项D错误.1234567891011答案吸收能量1.2MeV1234567891011质量亏损Δm＝mN＋mHe－mO－mp＝(14.00753＋4.00387－17.00454－1.00815)u＝－0.00129uΔE＝－0.00129×931.5MeV≈－1.2MeV负值说明这一核反应吸收能量，其能量变化了1.2MeV.1234567891011答案8.9×107m/s根据动量守恒定律有mHev0＝mpvp＋mOvO代入数据解得vp＝8.9×107m/s.1234567891011能力综合练√1234567891011两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞，根据动量守恒定律知，反应前的总动量为零，则反应后总动量为零，即氦核和中子的动量大小相等，方向相反，故A错误；根据爱因斯坦质能方程得ΔE＝Δmc2＝(2m1－m2－m3)c2，故B错误；12345678910118.(2021·江苏南京师大苏州实验学校高二检测)一个静止的镭核

发生衰变放出一个粒子变为氡核

，已知镭核226质量为226.0254u，氡核222质量为222.0163u，放出粒子的质量为4.0026u，1u相当于931.5MeV的能量.(计算结果保留3位有效数字)(1)写出核反应方程；1234567891011(2)求镭核衰变放出的能量；1234567891011答案6.05MeV该反应中质量亏损为Δm＝mRa－mRn－mα＝(226.0254－222.0163－4.0026)u＝0.0065u释放出的核能ΔE＝Δm×931.5MeV≈6.05MeV(3)若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，求放出粒子的动能.1234567891011答案5.94MeV衰变的过程中动量守恒，若衰变放出的能量均转变为氡核和放出粒子的动能，9.(2021·江苏常州高二阶段练习)用速度大小为v的中子轰击静止的锂核()，发生核反应后生成氚核和α粒子，生成的氚核速度方向与中子的初速度方向相反，氚核与α粒子的速度之比为7∶8，中子的质量为m，质子的质量可近似看作m，光速为c.(1)写出核反应方程；1234567891011由题意可得，该核反应方程为(2)求氚核和α粒子的速度大小；1234567891011由动量守恒定律得mv＝－3mv1＋4mv2由题意得v1∶v2＝7∶8(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能，求该反应的质量亏损.1234567891011根据能量守恒定律，释放的核能为12345678910111234567891011(2)忽略衰变放出光子的动量，求α粒子的动能Ek.m2v2＝m3v311.(2021·江苏启东中学高二阶段练习)一个静止的母核发生α衰变，产生的α粒子和子核的动能之和称为这个母核的α衰变能.(1)若在一次α衰变中静止的母核放出的α粒子动能为E，又知α粒子质量为m，子核Y的质量为M，求母核的α衰变能；1234567891011答案见解析原子核衰变过程中，动量守恒，由动量守恒定律得0＝mv1－Mv21234567891011(2)若母核释放的核能全部转化为α粒子和子核的动能，试分别判断

和

能否发生α衰变？若能，求出其α衰变能