2011届高考物理复习教案：核反应核能5668.pdf

2011 届高三物理一轮教案 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：147N+42He 178O+11H 质子11H 的发现方程 卢瑟福 94Be+42He 126C+10n 中子10n 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2 原子核的结合能 =2 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：23592+10 9038 r+13654 e+1010 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：21+31 42 e+10 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 e3717Cl3718Ar 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EE=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m用 kg 单位，c 用 m/s 时，E 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、，质子和中子结合成氘核时，发出 射线，已知普朗克恒量为，真空中光速为，则 射线的频率 _ 解析 核反应中释放的能量 以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：11+10 21+这个核反应的质量亏损为：根据爱因斯坦质能方程 此核反应放出的能量 （）c2 以 射线形式放出，由h =hcmmm2321)(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.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。写出氘和氚聚合的反应方程。试计算这个核反应释放出来的能量。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）nHeHH10423121 （2）E=mc2=（20141+30160-40026-10087）16610-27321016J=2.8 10-12J （3）M=271066.10141.22Ept=122778108.21066.10141.2102.31032=23kg 例 4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：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 G2RmM=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G2RmM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 G2RmM=m224TR，T2=GMR324，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