高中物理 第4章 核能归纳提升教案 鲁科版选修3-5-鲁科版高二选修3-5物理教案VIP免费

第4章核能几个重要的核反应核反应式与其相关的重要内容U→Th＋Heα衰变实质2H＋2n→HeTh→Pa＋eβ衰变实质n→H＋eN＋He→O＋H质子的发现(1919年)卢瑟福Be＋He→C＋n中子的发现(1932年)查德威克Al＋He→P＋n人工放射性同位素的发现居里夫妇P→Si＋e正电子的发现(1934年)居里夫妇U＋n→Sr＋Xe＋10nU＋n→Ba＋Kr＋3n重核的裂变H＋H→He＋n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)92U→90Th＋()属________；(2)Be＋()→6C＋n，属________；(3)H＋H→He＋()，属________；(4)92U＋n→Sr＋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He，该反应属衰变；(2)中的未知核为He，该反应属人工转变；(3)中的未知核为n，该反应属于聚变；(4)中的未知核为10n，该反应属于裂变．【答案】见解析1．(2013·陕西师大附中检测)1964年、1967年我国分别成功引爆了第一颗原子弹和氢弹，同时庄重承诺任何情况下决不首先使用核武器，决不向无核国家使用核武器．下列核反应方程表示两弹原理的是()A.N＋He→O＋HB.U＋n→Sr＋Xe＋2nC.U→Th＋HeD.H＋H→He＋n【解析】原子弹利用核裂变，而氢弹利用核聚变获得巨大核能，故B项对应原子弹的爆炸原理；D项对应氢弹的爆炸原理；A项为人工核转变；C项为核衰变反应．故答案为B、D.【答案】BD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U＋n→Sr＋Xe＋10n.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：H＋H→He＋n.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2.0136u，中子质量为1.0087u，He核的质量为3.0150u.(1)写出两个氘核聚变成He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0.35MeV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He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H＋H→He＋n.(2)由题给条件可求出质量亏损为：Δm＝[2.0136×2－(3.0150＋1.0087)]u＝0.0035u所以释放的核能ΔE＝931.5×0.0035MeV＝3.26MeV.(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为He核和中子的动能，若设He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，氚核的动能为Ek0，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得p1－p2＝0①Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE②由Ek＝得＝＝③由①②③得：Ek1＝(2Ek0＋ΔE)＝0.99MeV.Ek2＝(2Ek0＋ΔE)＝2.97MeV【答案】(1)H＋H→He＋n(2)3.262．一个铀核衰变为钍核时释放出一个α粒子，已知铀核质量m1＝3.853131×10－25kg，钍核质量m2＝3.786567×10－25kg，α粒子的质量m3＝6.64672×10－27kg，该衰变过程中释放出的能量是多少焦耳？(保留两位有效数字)【解析】铀核衰变成钍核时的质量亏损：Δm＝m1－(m2＋m3)＝(3.853131－3.786567－0.0664672)×10－25kg＝9.68×10－30kg.所释放的能量根据爱因斯坦质能方程得：ΔE＝Δm·c2＝9.68×10－30×(3.0×108)2J＝8.7×10－13J.【答案】8.7×10－13J