高物理原子核

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1、原子核（下）吕叔湘中学 庞留根五、核能例1 例2 例3 例4 1994年 全国 2000年高考试题 2002年广东高考六、裂变和聚变1992年 三南 例5 例6 例7 例8 例9 03年江苏高考1 2002年全国高考 中子的发现 04年广东504年全国理综141、质量亏损：组成核的核子总质量和 原子核的质量之差m 2、质能方程：Em c2 E m c23、1 u = 931.5 MeV4.核子在结合成原子核时，质量有亏损， 要放出能量。 反之，原子核分解成核子时要吸收能量。五、核能例1、由核子结合成原子核时 ( ) A.核的质量总是小于组成它的核子的质量和B. 原子核的质量应该等于组成它的核子

2、的质量和 C. 核子结合成原子核时要放出能量 D. 核子结合成原子核时要吸收能量。A C一个质子和一个中子结合氘核时,产生 光子, 由此可见 ( ) A.氘核的质量等于质子和中子的质量之和B.氘核的质量小于质子和中子的质量之和C.核子结合成原子核时会释放核能D.原子核分解成核子时会释放核能B C例2 、例3、关于质能方程E=mc2,下述错误的是（ ）A. 质能方程是爱因斯坦最先得出的B. 该方程表明物体的质量和能量可以相互转化C. 该方程表明物体的能量跟它的质量成正比D. 该方程既适用于微观粒子,也适合宏观物体B两个中子和两个质子可以结合成一个氦 核, 已知中子的质量是1.008665u, 质

3、子的质量是 1.007276u, 氦核的质量是4.0026u, 求此核反应的 质量亏损和结合能, (1u=1.6610-27千克, c=3108 米秒) 解：m0.029282u E mc2=931.5 0.029282= 27.3MeV或 E mc2 0.029282 1.6610-27 (3108 )2 4.37 1012J27.3MeV例4、1994年 全国13. 一个铀核衰变为钍核时释放出一个粒子，已知铀核的质量为3.85313110-25 kg，钍核质量为3.78656710-25 kg，粒子的质量为6.6467210-27 kg，在这个衰变过程中释放出来的能量等于 J（保留两位二位

4、数字） 8.710 -1312. 中子质量为1.0087u，质子质量为 1.0073u，氘核的质量为2.0136u，中子和质子 结合为氘核时释放的能量为 J。 （1989年 全国）3.710 -132000年高考试题 11裂变反应是目前利用中常用的反应，以原子核 为燃料的反应堆中，当 俘获一个慢中子后发生的裂变反应可以有多种方式，其中一种可表示为反应方程下方的数字为中子及有关原子的静止质量（以 原子质量单位u为单位）。已知1u 的质量对应的能量为9.3102MeV，此裂变反应释放出的能量是 _MeV。235.0439 1.0087 93.9154 138.9178 235U 9292 0 38

5、 54 0 235 U + 1 n 94 Sr + 139Xe+ 3 1 n 235U 92解：m=0.1933u E=931.50.1933=1.8 102 MeV1.8 1022002年广东高考16.（12分）如下一系列核反应是在恒星内部发生的， 其中p为质子，为粒子，e+ 为正电子，为一种中 微子。已知质子的质量为mp =1.67264810 -27kg， 粒子 的质量为m=6.64492910 -27kg，正电子的质量为 me=9.1110-31kg，中微子的质量可忽略不计。真空中的 光速c=3108 m/s。试计算该系列核反应完成后释放的能 量。=6.64492910 -27kgme

6、=9.1110-31kgm p =1.67264810 -27kgm解：将六个方程式相加，得到e 2+24p+ E= mc2 =(4m p m - 2me )c 2代入数字，经计算得到 E=3.9510-12 J1、重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂为几个中 等质量的核的反应过程. 在裂变的同时要放出几个中子 和大量的核能。反应堆示意图2、轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核的 核反应过程，同时放出大量的核能。六、裂变和聚变反 应 堆 示 意 图返回1992年 三南 太阳辐射能量主要来自太阳内部的 A. 化学反应 B. 放射性衰变 C. 裂变反应 D. 热核反应D11、正、负电子相遇时湮灭,

7、同时产生一对光子,反应方程式为_,若正负电子质量都为m,普朗克常数为h,则所产生的光子频率为_。填写下列核反应方程式例5、【例6】地球绕太阳公转的轨道半径约为1.51011m，地 球的半径约为6.4106m，若太阳每秒钟质量减少 4.2109kg，地球上一天接受到太阳能约为多少J？【解答】每秒钟太阳能放出的能量约为： E=mc2=4.2109(3108)2=3.781026J设地球上每秒钟接受到太阳能为E，地球剖面的最 大面积为S，设半径为1.51011m的球壳面积为S， 则故地球上一天接受到的太阳能为E总=1.71017243600=1.51022J例7 、已知氘核质量为2.0136u，中子

8、质量为1.0087u 核的质量为3.0150u。求：（1）写出两个氘核聚变成 的核反应方程式（2）计算上述核反应中释放的核能。23 He23 He【分析】算出核反应中的质量亏损，利用爱因斯坦质能方 程即可求出反应释放的核能。解答： （1）（2）由题给条件可求得质量亏损为：m=2.01362(3.0150+1.0087)=0.0035u释放的核能为E=mc2=931.50.0035=3.26MeV静止在匀强磁场中的 原子核，俘获一个 速度为7.7104 m/s 的中子而发生核反应放出粒子后变成一个新原子核，已知中子速度方向与磁场方向垂 直，测得粒子速度为：2104m/s，方向与中子速度方向相同，

9、求： （1）生成的新核是什么？写出核反应方程式。 （2）生成的新核的速度大小和方向。 （3）若粒子与新核间相互作用不计，则二者在磁场中运动轨道半径之比及周期之比各为多少？6 Li 3解：（1）写出核反应方程式生成的新核是氚核例8、（2）由动量守恒定律 mn vn=m v +mH vH vn= 7.7104 m/s v = 2104m/sV H =( mn vn- m v )/ mH= ( 17.7104 - 4 2104 ) 3= - 1.0103 m/s方向与中子方向相反（3）由 r=mv/qB mv/q r : rH = mv/q ： mHvH/qH =（42 2 ） : （30.1）=

10、40: 3 T=2m/qB m/qT : TH=4/2 : 3/1=2: 3静止在匀强磁场中的 核，沿与磁场垂直的方 向射出一个粒子后，变成铀的一种同位素核，同时释放能量为0.09 MeV光子。 核的质量为238.99965u，铀核质量为 234.99347u， 粒子的质量为4.001509u，1u=1.66056610-27 kg）若不计光子的动量，求：（1）铀核与粒子回转半径之比RUR； （2）粒子的动能为多少？239 Pu 94239 Pu 94解： （1） 射出粒子的过程中 动量守恒239 Pu 940=mUvU-mv (1)由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径公式得 RU =m

11、U vU/qUBR =m v/qB （2）由(1) (2) 得 RU / R = q /qU=2/92=1/46例9.（2）核反应中释放的核能为 E=mc2=(238.999655 - 234.99347 - 4.001509)931.5=4.356MeV由能的转化和守恒定律知 EkU+E k=E - 0.09 = 4.266MeVpU=p由EK=1/2mv2 =p 2/2m EKU / EK=m /mU=4/235 粒子的动能为EK = (EkU+E k ) mU (m +mU ) = 4.266 235 239 = 4.195(MeV)1下列说法中正确的是（ ）A质子与中子的质量不等，但质

12、量数相等B两个质子间，不管距离如何，核力总是大于 库仑力C同一种元素的原子核有相同的质量数，但中 子数可以不同D除万有引力外，两个中子之间不存在其它相互作用力A03年江苏高考1 下列论断可能正确的是 ( ) A. 质子由1个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成B. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和2个d夸克组成 C. 质子由1个u夸克和2个d夸克组成,中子由2个u夸克和1个d夸克组成 D. 质子由2个u夸克和1个d夸克组成,中子由1个u夸克和1个d夸克组成目前普遍认为, 质子和中子都是 由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成。u夸克带电量为 ,d夸克带电量

13、为 ,e为基元电荷。2002年全国高考 15B 例15：1930年发现，在真空条件下用射线轰击铍9 时，会产生一种看不见的、贯穿能力极强的不知名射线 和另一种粒子，经过研究发现，这种不知名射线具有如 下特点：在任意方向的磁场中均不发生偏转；这种 射线的速度不到光速的十分之一，用它轰击含有氢核 的物质，可以把氢核打出来，用它轰击含有氮核的物质 ，可以把氮核打出来。并且被打出的氢核和氮核的最大 速度之比 vH:vN 近似等于15 ：2, 若该射线中的粒子均 具有相同的能量，与氢核和氮核碰前氢核和氮核可认为 静止，碰撞过程没有机械能损失，已知氢核和氮核的质 量之比等于1 :14，写出射线轰击铍核的反应方程。 试根据上面所述的各种情况，通过具体分析说明该射 线是不带电的，但它不是射线，而是由中子组成。中子的发现解: 核反应方程为 在任意方向的磁场中均不发生偏转,则它不带电; 射线是电磁波,速度为光速c,这种射线的速度不到光速的1/10, 所以它不是 射线. 对打出氢核的实验,由弹性碰撞关系 (mH vH是氢核的质量和速度) 由动量守恒定律 mv=m