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1、核反响 核能 质能方程一、知识点梳理1、 核反响在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反响典型的原子核人工转变： N+He O+H 质子H的发现方程 卢瑟福 Be+He C+n 中子n的发现方程 查德威克2、 核能1核反响中放出的能量称为核能2质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和质量亏损3质能方程： 质能关系为2 原子核的结合能=23、 裂变把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反响，叫裂变典型的裂变反响是： + r+e+104轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反响叫轻核的聚变聚变反响释放能量较多，典型的轻核聚变为： + e+5链式反响 一
2、个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放假设干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反响不断的进行下去，这种反响叫重核裂变的链式反响二、典型例题例1雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的电子中微子v。而获得了2023年度诺贝尔物理学奖他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯C2Cl4溶液的巨桶电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反响方程式为 eClAr十eCl核的质量为36.95658 u，Ar核的质量为36.95691 u，e的质量为0.00055 u，1 u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反响的电子中微
3、子的最小能量为A0.82 Me V B0.31 MeV C1.33 MeV D0.51 MeV解析由题意可得：电子中微子的能量E=mc2-mAr+me-mCl931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)931.5MeV=0.82MeV那么电子中微子的最小能量为 Emin=0.82MeV 点评 应用爱因斯坦质能方程时，注意单位的使用。当用kg单位，c用m/s时，单位是J，也可像此题利用1 u质量对应的能量为931.5MeV.例2、质子、中子和氘核的质量分别为、，质子和中子结合成氘核时，发出射线，普朗克恒量为，真空中光速为，那么射线的频率 _ 解析 核反响中释放的能量以
4、释放光子的形式释放出来，由于光子的能量为h，依能量守恒定律可知：h=据此便可求出光子的频率。 质子和中子结合成氘核：+ +这个核反响的质量亏损为：根据爱因斯坦质能方程 此核反响放出的能量 c2 以射线形式放出，由h = 点评 此题考查计算质量亏损，根据爱因斯坦质能方程确定核能关键是对质量亏损的理解和确定例3、如以下图，有界匀强磁场的磁感应强度为B，区域足够大，方向垂直于纸面向里，直角坐标系xoy的y轴为磁场的左边界，A为固定在x轴上的一个放射源，内装镭核沿着与+x成角方向释放一个粒子后衰变成氡核。粒子在y轴上的N点沿方向飞离磁场，N点到O点的距离为l，OA间距离为，粒子质量为m，电荷量为q，氡
5、核的质量为。1写出镭核的衰变方程；2如果镭核衰变时释放的能量全部变为粒子和氡核的动能求一个原来静止的镭核衰变时放出的能量。解析1镭核衰变方程为：2镭核衰变放出粒子和氡核，分别在磁场中做匀速圆周运动，粒子射出轴时被粒子接收器接收，设粒子在磁场中的轨道半径为R，其圆心位置如图中点，有，那么 粒子在磁场中做匀速圆周运动，有，即，粒子的动能为 衰变过程中动量守恒，那么氡核反冲的动能为 点评 要熟练掌握核反响方程，动量守恒定律，带电粒子在匀强磁场中的圆周运动规律的综合运用。例4. 核聚变能是一种具有经济性能优越、平安可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关
6、键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反响是由氢的同位素氘又叫重氢和氚又叫超重氢聚合成氦，并释放一个中子了。假设氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.6610-27kg。写出氘和氚聚合的反响方程。试计算这个核反响释放出来的能量。假设建一座功率为3.0105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？一年按3.2107s计算，光速c=3.00108m/s，结果取二位有效数字解析13 2E=mc2=20141+30160-40026-1008716610-273
7、21016J=2.810-12J 3M=23kg例 5众所周知，地球围绕着太阳做椭圆运动，阳光普照大地，万物生长根据学过的知识试论述说明随着岁月的流逝，地球公转的周期，日、地的平均距离及地球外表的温度的变化趋势解析 太阳内部进行着剧烈的热核反响，在反响过程中向外释放着巨大的能量，这些能量以光子形式放出根据爱因斯坦质能关系： 2 ， 知太阳质量在不断减小地球绕太阳旋转是靠太阳对地球的万有引力来提供向心力 G=m2R， 现因M减小，即提供的向心力减小，不能满足所需的向心力，地球将慢慢向外做离心运动，使轨道半径变大，日地平均距离变大由上式可知，左边的引力G减小，半径R增大，引起地球公转的角速度变化，
8、从而使公转周期变化 G=mR，T2=，即 T增大 一方面，因太阳质量变小，发光功率变小；另一方面，日地距离变大，引起辐射到地球外表的能量减小，导致地球外表温度变低 点评 该题集原子物理与力学为一体，立意新颖，将这一周而复始的自然用所学知识一步一步说明，是一道考查能力、表达素质的好题 三、过关测试1、静止在匀强磁场中的U核，发生。衰变后生成Th核，衰变后的粒子速度方向垂直于磁场方向，那么以下结论中正确的选项是( ) 衰变方程可表示为：U Th+He 衰变后的Th核和粒子的轨迹是两个内切圆，轨道半径之比为1:45 Th核和粒子的动能之比为2:17 假设粒子转了117圈，那么Th核转了90圈 A B
9、 C D2以下核反响或核衰变方程中，符号“X表示中子的是(A) (B)(C) (D)15.5-33.以下关于原子结构和原子核的说法正确的选项是 A 卢瑟福在粒子散射实验的根底上提出了原子的核式结构B 天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒，其放射线在磁场中不偏转的是射线C 据图15.3-3可知，原子核A裂变变成原子核B和C要放出核能 D 据图15.3-3可知，原子核D和E聚变成原子核F要吸收核能 4.当两个中子和两个质子结合成一个粒子时，放出28.30MeV的能量，当三个粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV的能量，那么当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为( ) A 2
10、1.04MeV B 35.56MeV C 77.64MeV D 92.16MeV5.以下说法正确的选项是 A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反响 B、卢瑟福的a粒子散射实验可以估算原子核的大小 C、玻尔理论是依据a粒子散射实验分析得出的 D、氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，总能量增大6中微子失踪之迷是一直困扰着科学家的问题。原来中微子在离子开太阳向地球运动的过程中，发生“中微子振荡，转化为一个子和一个子。科学家通过对中微子观察和理论分析，终于弄清了中微子失踪的原因，成为“2023年世界十大科技突破之一。假设中微子在运动中只转化为一个子和一
11、个子，并子的运动方向与中微子原来的方向一致，那么子的运动方向 A 一定与中微子方向一致 B一定与中微子方向相反 C 可能与中微子方向不在同一直线上 D 只能中微子方向在同一直线上7.在一定条件下，让质子获得足够大的速度，当两个质子p以相等的速率对心正碰，将发生以下反响：P+PP+P+P+ 其中是P反质子(反质子与质子质量相等，均为mp，且带一个单位负电荷)，那么以下关于该反响的说法正确的选项是 A反响前后系统总动量皆为0B反响过程系统能量守恒C根据爱因斯坦质能方程可知，反响前每个质子的能量最小为2mpc2： D根据爱因斯坦质能方程可知，反响后单个质子的能量可能小于mpc286用 粒8.子轰击铍
12、核(Be)，生成一个碳核(C)和一个粒子，那么该粒子 ( ) (A)带正电，能在磁场中发生偏转 B)在任意方向的磁场中都不会发生偏转 (C)电离本领特别强，是原子核的组成局部之一(D)用来轰击铀235可引起铀榱的裂变 9.假设钚的同位素离子Pu静止在匀强磁场中，设离子沿与磁场垂直的方向放出粒子后，变成铀的一个同位素离子，同时放出能量为E=0.09Mev的光子。1试写出这一核反响过程的方程式。2光子的波长为多少？3假设不计光子的动量，那么铀核与粒子在匀强磁场中的盘旋半径之比是多少？10.如以以下图所示，一个有界的匀强磁场，磁感应强度B=0.50T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁
13、场中A处放一个放射源，内装镭，放出某种射线后衰变成Rn氡。试写出：衰变的方程，假设A距磁场的左边界MN的距离OA=1.0m，放在MN左侧的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器位置距经过OA的直线1.0m，由此可以推断出一个静止镭核Ra衰变时放出的能量是多少？保存两位有效数字取1u=1.610-27kg，电子电量e=1.610-19c AONM11.自然界中的物体由于具有一定的温度，会不断地向外辐射电磁波，这种辐射因与温度有关，称为热辐射。热辐射具有如下特点：1辐射的能量中包含各种波长的电磁波；2物体温度越高，单位时间内从物体外表单位面积上辐射的能量越大；3在辐射的总能量中，各种波长所占的百分比不同。处在一定温度的物体在向外辐射电磁能量的同时，也要吸收由其他物体辐射的电磁能量，如果它处在平衡状态，那么能量保持不变。假设不考虑物体外表性质对辐射与吸收的影响，我们定义一种理想的物体，它能100%地吸收入射到其外表的电磁辐射，这样的物体称为黑体。单位时间内从黑体外表单位面积辐射的电磁波的总能量与黑体绝对温度的四次方成正比，即P0=T4，其中常量=5 .6710-8W/(mK4)在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体。有关数据及数学公式：太阳半径Rs = 696000Km，太阳外表温度T = 5770K，火星半径r = 3395Km。
