高三物理教案：核反应教案

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本文题目：高三物理教案：核反应教案

核反应 核能 质能方程

一、知识点梳理

1、 核反应

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，称为核反应.

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)核反应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E=mc2

原子核的结合能ΔE=Δmc2

3、 裂变

把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变

典型的裂变反应是：

U+ n　 Sr+ Xe+10 n

4.轻核的聚变

把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变.聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为：

H+ H He+ n

5.链式反应

一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，同时释放若干个中子，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应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应

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2002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，其核反应方程式为

νe+3717Cl→3718Ar十 0-1e

已知3717Cl核的质量为36.95658 u，3718Ar核的质量为36.95691 u， 0-1e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应的电子中微子的最小能量为

(A)0.82 Me V (B)0.31 MeV (C)1.33 MeV (D)0.51 MeV

[解析]由题意可得：电子中微子的能量E =mc2-(mAr+me-mCl)•931.5MeV

=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV

=0.82MeV

则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，也可像本题利用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m1、m2、m3，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克恒量为h，真空中光速为c，则γ射线的频率υ= ______ .

[解析] 核反应中释放的能量ΔE=Δmc2以释放光子的形式释放出来，由于光子的能量为hυ，依能量守恒定律可知：hυ=Δmc2据此便可求出光子的频率。

质子和中子结合成氘核： H+ n H+γ这个核反应的质量亏损为：

Δm=m1+m2-m3

根据爱因斯坦质能方程 ΔE=Δmc2

此核反应放出的能量 ΔE=(m1+m2-m)c2

以γ射线形式放出，由E=hυ

υ=

[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、如图所示，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，已知OA间距离为 ， 粒子质量为m，电荷量为q，氡核的质量为 。

(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

，则 ①

粒子在磁场中做匀速圆周运动，有 ，即 ，②

粒子的动能为

∴ 衰变过程中动量守恒 ，④

则氡核反冲的动能为 ⑤

∴ ⑥

[点评] 要熟练掌握核反应方程，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、安全可靠、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，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子了。若已知氘原子的质量为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=1.66×10-27kg。

⑴写出氘和氚聚合的反应方程。

⑵试计算这个核反应释放出来的能量。

⑶若建一座功率为3.0×105kW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3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果取二位有效数字)

[解析](1)(3)

(2)ΔE=Δmc2=(2.0141+3.0160-4.0026-1.0087)×1.66×10-27×32×1016J=2.8×10-12J

(3)M=

= =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表面的温度的变化趋势.

[解析] 太阳内部进行着剧烈的热核反应，在反应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： ΔE=Δm•c2 ， 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 =mω2R， 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，从而使公转周期变化 G =m R，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，引起辐射到地球表面的能量减小，导致地球表面温度变低.

[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、体现素质的好题.

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，则以下结论中正确的是( )

①衰变方程可表示为： U Th+ He

②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

③Th核和 粒子的动能之比为2:17

④若 粒子转了117圈，则Th核转了90圈

A.①③ B.②④ C①② D.③④

2.下列核反应或核衰变方程中，符号“X”表示中子的是

(A) (B)

(C) (D)

3.下列关于原子结构和原子核的说法正确的是( )

A 卢瑟福在 粒子散射实验的基础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

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