2018年鲁科版高二物理选修3-5教师用书:第4章 章末分层突破

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2018年鲁科版高二物理选修3-5教师用书:第4章 章末分层突破

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莲山 课件 w ww.5 Y
K J.CO
M

章末分层突破
 
 
自我校对]
①相邻
②短程
③m前-m后
④mc2
⑤Δmc2
⑥大于
⑦几百万
⑧引力
⑨武器
⑩废料
 
几个重要的核反应
核反应式 与其相关的重要内容
238 92U→234 90Th+42He
α衰变实质211H+210n→42He

234 90Th→234 91Pa+ 0-1e
β衰变实质10n→11H+ 0-1e

14 7N+42He→17 8O+11H
质子的发现(1919年) 卢瑟福
94Be+42He→12 6C+10n
中子的发现(1932年) 查德威克
2713Al+42He→3015P+10n
人工放射性
同位素的发现 居里夫妇
3015P→3014Si+ 0+1e
正电子的发现(1934年) 居里夫妇
235 92U+10n→9038Sr+136 54Xe+1010n
235 92U+10n→144 56Ba+8936Kr+310n 重核的裂变
21H+31H→42He+10n
轻核的聚变
  核反应有以下几种情况:一是衰变,二是人工转变,三是裂变,四是聚变.核反应可用方程来表示,叫核反应方程.完成下列核反应方程,并指明它属于何种核反应.
(1)238 92U→234 90Th+(  )属________;
(2)94Be+(  )→12 6C+10n,属________;
(3)21H+31H→42He+(  ),属________;
(4)235 92U+10n→9038Sr+136 54Xe+(  ),属________.
【解析】 根据质量数和电荷数守恒可判定:
(1)中的未知核为42He,该反应属衰变;
(2)中的未知核为42He,该反应属人工转变;
(3)中的未知核为10n,该反应属于聚变;
(4)中的未知核为1010n,该反应属于裂变.
【答案】 见解析
 
核能的产生及计算
1.获得核能的途径
(1)重核裂变:重核俘获一个中子后分裂成为两个(或多个)中等质量的核的反应过程,重核裂变的同时放出几个中子,并释放出大量核能.为了使铀235裂变时发生链式反应,铀块的体积应达到它的临界体积.
重核的裂变:如235 92U+10n→9038Sr+136 54Xe+1010n.
应用:原子弹、原子反应堆.
(2)轻核聚变:某些轻核结合成质量较大的核的反应过程,同时释放出大量的核能.要想使氘核和氚核合成氦核,必须达到几百万度以上的高温,因此聚变反应又叫热核反应.
轻核的聚变:如:21H+31H→42He+10n.
应用:氢弹、可控热核反应.
2.核能的计算
重核的裂变和轻核的聚变,存在质量亏损,根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,可以判断两种核反应都会向外释放能量,计算核能的方法如下:
(1)质能方程ΔE=Δmc2是计算释放核能多少的主要方法,质量亏损Δm的确定是计算核能的关键.
(2)核反应中如无光子辐射,核反应释放的核能全部转化为新核的动能和新粒子的动能.这种情况下的核能可由下列关系计算:反应前总动能+反应过程中释放的核能=反应后总动能.
  已知氘核质量为2.013 6 u,中子质量为1.008 7 u,32He核的质量为3.015 0 u.
(1)写出两个氘核聚变成32He的核反应方程;
(2)计算上述核反应中释放的核能;
(3)若两氘核以相等的动能0.35 MeV做对心碰撞,即可发生上述核反应,且释放的核能全部转化为机械能,则反应中生成的32He核和中子的动能各是多少?
【解析】 (1)应用质量数守恒和核电荷数守恒,不难写出核反应方程为21H+21H→32He+10n.
(2)由题给条件可求出质量亏损为:
Δm=2.013 6×2-(3.015 0+1.008 7)]u=0.003 5 u
所以释放的核能
ΔE=931.5×0.003 5 MeV=3.26 MeV.
(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能,即转化为32He核和中子的动能,若设32He核和中子的质量分别为m1、m2,动量分别为p1、p2,动能分别为Ek1、Ek2,氘核的动能为Ek0,则由动量守恒及能的转化和守恒定律,得
p1-p2=0①
Ek1+Ek2=2Ek0+ΔE②
由Ek=p22m得Ek1Ek2=m2m1=13③
由①②③得:Ek1=14(2Ek0+ΔE)=0.99 MeV
Ek2=34(2Ek0+ΔE)=2.97 MeV.
【答案】 (1)21H+21H→32He+10n (2)3.26 MeV
(3)0.99 MeV 2.97 MeV
 
1若核反应前后各核的质量单位为kg,则用ΔE=Δmc2求核能时,核能单位为J.
2若核反应前后各核的质量单位为u,则用ΔE=Δmc2.,求核能时,结合1 u的质量对应的能量为931.5 MeV,求得核能单位为MeV.
 
 
1.(多选)一静止的铝原子核2713Al俘获一速度为1.0×107 m/s的质子p后,变为处于激发态的硅原子核2814Si*.下列说法正确的是(  )
A.核反应方程为p+2713Al→2814Si*
B.核反应过程中系统动量守恒
C.核反应过程中系统能量不守恒
D.硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向与质子初速度的方向一致
【解析】 核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒,核反应方程为p+2713Al→2814Si*,说法A正确.核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒,说法B正确,说法C错误.根据动量守恒定律有mpvp=mSivSi,碰撞后硅原子核速度的数量级为105 m/s,方向与质子初速度方向一致,说法D正确.
【答案】 ABD
2.在下列描述核过程的方程中,属于α衰变的是__________________,属于β衰变的是________,属于裂变的是________,属于聚变的是________.(填正确答案标号)
A.146C→147N+ 0-1e
B.3215P→3216S+ 0-1e
C.23892U→23490Th+42He
D.147N+42He→178O+11H
E.23592U+10n→14054Xe+9438Sr+210n
F.31H+21H→42He+10n
【解析】 α衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象,选项C为α衰变;β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象,选项A、B均为β衰变;重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程,选项E是常见的一种裂变;聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程,选项F是典型的核聚变过程.
【答案】 C AB E F
3.在实验室内较精准地测量到双β衰变事例是在1987年公布的,在进行了7 960小时的实验后,以68%的置信度认出8234Se发生的36个双β衰变事例,已知静止的8234Se发生双β衰变时,将释放出两个电子和两个中微子νe(中微子的质量数和电荷数都为零),同时转变成一个新核X,则X核的中子数为________;若衰变过程释放的核能是E,真空中的光速为c,则衰变过程的质量亏损是________.
【解析】 衰变方程为:8234Se→8236X+2 0-1e+2νe,X核的中子数为82-36=46,由质能方程有:Δmc2=E,Δm=Ec2.
【答案】 46 Ec2
4.用中子轰击铀核(235 92U),其中的一个可能反应是分裂成钡(141 56Ba)和氪(9236Kr)两部分,放出3个中子.各个核和中子的质量如下:
mU=390.313 9×10-27 kg,mn=1.674 9×10-27 kg;
mBa=234.001 6×10-27 kg,mKr=152.604 7×10-27 kg.
试写出核反应方程,求出反应中释放的核能. 【导学号:64772058】
【解析】 根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒,就可以写出核反应方程.
根据核反应前后的质量亏损,用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能.
铀核裂变方程为10n+235 92U→141 56Ba+9236Kr+310n,
则核反应前后的质量亏损为
Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=3.578×10-28 kg.
由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为
ΔE=Δmc2=3.578×10-28×(3×108)2 J=3.220 2×10-11 J.
【答案】 10n+235 92U→141 56Ba+9236Kr+310n 3.220 2×10-11 J
 

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