高中物理魯科版5第四章核能 2023版第4章章末分層突破

章末分層突破[自我校對(duì)]①相鄰②短程③m前－m后④mc2⑤Δmc2⑥大于⑦幾百萬⑧引力⑨武器⑩廢料幾個(gè)重要的核反應(yīng)核反應(yīng)式與其相關(guān)的重要內(nèi)容eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰變實(shí)質(zhì)2eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(4,2)Heeq\o\al(234,90)Th→eq\o\al(234,91)Pa＋eq\o\al(0,－1)eβ衰變實(shí)質(zhì)eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(0,－1)eeq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)(1919年)盧瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n中子的發(fā)現(xiàn)(1932年)查德威克eq\o\al(27,13)Al＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n人工放射性同位素的發(fā)現(xiàn)居里夫婦eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e正電子的發(fā)現(xiàn)(1934年)居里夫婦eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)neq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(144,56)Ba＋eq\o\al(89,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n重核的裂變eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n輕核的聚變核反應(yīng)有以下幾種情況：一是衰變，二是人工轉(zhuǎn)變，三是裂變，四是聚變．核反應(yīng)可用方程來表示，叫核反應(yīng)方程．完成下列核反應(yīng)方程，并指明它屬于何種核反應(yīng)．(1)eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋()屬________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n，屬________；(3)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋()，屬________；(4)eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,)54Xe＋()，屬________．【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可判定：(1)中的未知核為eq\o\al(4,2)He，該反應(yīng)屬衰變；(2)中的未知核為eq\o\al(4,2)He，該反應(yīng)屬人工轉(zhuǎn)變；(3)中的未知核為eq\o\al(1,0)n，該反應(yīng)屬于聚變；(4)中的未知核為10eq\o\al(1,0)n，該反應(yīng)屬于裂變．【答案】見解析核能的產(chǎn)生及計(jì)算1.獲得核能的途徑(1)重核裂變：重核俘獲一個(gè)中子后分裂成為兩個(gè)(或多個(gè))中等質(zhì)量的核的反應(yīng)過程，重核裂變的同時(shí)放出幾個(gè)中子，并釋放出大量核能．為了使鈾235裂變時(shí)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積應(yīng)達(dá)到它的臨界體積．重核的裂變：如eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,54)Xe＋10eq\o\al(1,0)n.應(yīng)用：原子彈、原子反應(yīng)堆．(2)輕核聚變：某些輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的反應(yīng)過程，同時(shí)釋放出大量的核能．要想使氘核和氚核合成氦核，必須達(dá)到幾百萬度以上的高溫，因此聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)．輕核的聚變：如：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n.應(yīng)用：氫彈、可控?zé)岷朔磻?yīng)．2．核能的計(jì)算重核的裂變和輕核的聚變，存在質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，可以判斷兩種核反應(yīng)都會(huì)向外釋放能量，計(jì)算核能的方法如下：(1)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2是計(jì)算釋放核能多少的主要方法，質(zhì)量虧損Δm的確定是計(jì)算核能的關(guān)鍵．(2)核反應(yīng)中如無光子輻射，核反應(yīng)釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為新核的動(dòng)能和新粒子的動(dòng)能．這種情況下的核能可由下列關(guān)系計(jì)算：反應(yīng)前總動(dòng)能＋反應(yīng)過程中釋放的核能＝反應(yīng)后總動(dòng)能．已知氘核質(zhì)量為6u，中子質(zhì)量為7u，eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量為0u.(1)寫出兩個(gè)氘核聚變成eq\o\al(3,2)He的核反應(yīng)方程；(2)計(jì)算上述核反應(yīng)中釋放的核能；(3)若兩氘核以相等的動(dòng)能MeV做對(duì)心碰撞，即可發(fā)生上述核反應(yīng)，且釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，則反應(yīng)中生成的eq\o\al(3,2)He核和中子的動(dòng)能各是多少？【解析】(1)應(yīng)用質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，不難寫出核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.(2)由題給條件可求出質(zhì)量虧損為：Δm＝[6×2－0＋7)]u＝5u所以釋放的核能ΔE＝×5MeV＝MeV.(3)因?yàn)樵摲磻?yīng)中釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，即轉(zhuǎn)化為eq\o\al(3,2)He核和中子的動(dòng)能，若設(shè)eq\o\al(3,2)He核和中子的質(zhì)量分別為m1、m2，動(dòng)量分別為p1、p2，動(dòng)能分別為Ek1、Ek2，氘核的動(dòng)能為Ek0，則由動(dòng)量守恒及能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，得p1－p2＝0①Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE②由Ek＝eq\f(p2,2m)得eq\f(Ek1,Ek2)＝eq\f(m2,m1)＝eq\f(1,3)③由①②③得：Ek1＝eq\f(1,4)(2Ek0＋ΔE)＝MeVEk2＝eq\f(3,4)(2Ek0＋ΔE)＝MeV.【答案】(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)MeV(3)MeVMeV1若核反應(yīng)前后各核的質(zhì)量單位為kg，則用ΔE＝Δmc2求核能時(shí)，核能單位為J.2若核反應(yīng)前后各核的質(zhì)量單位為u，則用ΔE＝Δmc2.,求核能時(shí)，結(jié)合1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)的能量為MeV，求得核能單位為MeV.1.(多選)一靜止的鋁原子核eq\o\al(27,13)Al俘獲一速度為×107m/s的質(zhì)子p后，變?yōu)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*.下列說法正確的是()A．核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒C．核反應(yīng)過程中系統(tǒng)能量不守恒D．硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105m/s，方向與質(zhì)子初速度的方向一致【解析】核反應(yīng)過程中遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，核反應(yīng)方程為p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，說法A正確．核反應(yīng)過程中遵從動(dòng)量守恒和能量守恒，說法B正確，說法C錯(cuò)誤．根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的數(shù)量級(jí)為105m/s，方向與質(zhì)子初速度方向一致，說法D正確．【答案】ABD2．在下列描述核過程的方程中，屬于α衰變的是__________________，屬于β衰變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是________．(填正確答案標(biāo)號(hào))\o\al(14,6)C→eq\o\al(14,7)N＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋eq\o\al(0,－1)e\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(14,7)N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,8)O＋eq\o\al(1,1)H\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,54)Xe＋eq\o\al(94,38)Sr＋2eq\o\al(1,0)n\o\al(3,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n【解析】α衰變是一種元素衰變成另一種元素過程中釋放出α粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)C為α衰變；β衰變?yōu)樗プ冞^程中釋放出β粒子的現(xiàn)象，選項(xiàng)A、B均為β衰變；重核裂變是質(zhì)量較大的核變成質(zhì)量較小的核的過程，選項(xiàng)E是常見的一種裂變；聚變是兩個(gè)較輕的核聚合成質(zhì)量較大的核的過程，選項(xiàng)F是典型的核聚變過程．【答案】CABEF3．在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)較精準(zhǔn)地測(cè)量到雙β衰變事例是在1987年公布的，在進(jìn)行了7960小時(shí)的實(shí)驗(yàn)后，以68%的置信度認(rèn)出eq\o\al(82,34)Se發(fā)生的36個(gè)雙β衰變事例，已知靜止的eq\o\al(82,34)Se發(fā)生雙β衰變時(shí)，將釋放出兩個(gè)電子和兩個(gè)中微子νe(中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都為零)，同時(shí)轉(zhuǎn)變成一個(gè)新核X，則X核的中子數(shù)為________；若衰變過程釋放的核能是E，真空中的光速為c，則衰變過程的質(zhì)量虧損是________．【解析】衰變方程為：eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)X＋2eq\o\al(0,－1)e＋2νe，X核的中子數(shù)為82－36＝46，由質(zhì)能方程有：Δmc2＝E，Δm＝eq\f(E,c2).【答案】46eq\f(E,c2)4．用中子轟擊鈾核(eq\o\al(235,92)U)，其中的一個(gè)可能反應(yīng)是分裂成鋇(eq\o\al(141,56)Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)兩部分，放出3個(gè)中子．各個(gè)核和中子的質(zhì)量如下：mU＝9×10－27kg，mn＝9×10－27kg；mBa＝6×10－27kg，mKr＝7×10－27kg.試寫出核反應(yīng)方程，求出反應(yīng)中釋放的核能.【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772058】【解析】根據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒和反應(yīng)中的能量守恒，就可以寫出核反應(yīng)方程．根據(jù)核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損，用愛因斯坦質(zhì)能方程就可求出釋放的核能．鈾核裂變方程為eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\a