高中物理沪科版5第五章核能与社会 2023版第5章章末分层突破

章末分层突破[自我校对]①相邻②短程③m前－m后④mc2⑤Δmc2⑥大于⑦几千万⑧托卡马克________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________几个重要的核反应核反应式与其相关的重要内容eq\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)Heα衰变实质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衰变实质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质子的发现(1919年)卢瑟福eq\o\al(9,4)Be＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(1,0)n中子的发现(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发现居里夫妇eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,＋1)e正电子的发现(1934年)居里夫妇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重核的裂变eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)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)eq\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋()属________；(2)eq\o\al(9,4)Be＋()→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(1,0)n，属________；(3)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋()，属________；(4)eq\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(90,38)Sr＋eq\o\al(136,)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eq\o\al(4,2)He，该反应属衰变；(2)中的未知核为eq\o\al(4,2)He，该反应属人工转变；(3)中的未知核为eq\o\al(1,0)n，该反应属于聚变；(4)中的未知核为10eq\o\al(1,0)n，该反应属于裂变．【答案】见解析核能的产生及计算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.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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)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6u，中子质量为7u，eq\o\al(3,2)He核的质量为0u.【导学号：06092048】(1)写出两个氘核聚变成eq\o\al(3,2)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MeV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eq\o\al(3,2)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)由题给条件可求出质量亏损为：Δm＝[6×2－0＋7)]u＝5u所以释放的核能ΔE＝×5MeV＝MeV.(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为eq\o\al(3,2)He核和中子的动能，若设eq\o\al(3,2)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，氘核的动能为Ek0，则由动量守恒及能的转化和守恒定律，得p1－p2＝0 ①Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE ②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)MeV1若核反应前后各核的质量单位为kg，则用ΔE＝Δmc2求核能时，核能单位为J.2若核反应前后各核的质量单位为u，则用ΔE＝Δmc2.求核能时，根据1u的质量对应的能量为MeV，求得核能单位为MeV.1．(多选)一静止的铝原子核eq\o\al(27,13)Al俘获一速度为×107m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核eq\o\al(28,14)Si*.下列说法正确的是()A．核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*B．核反应过程中系统动量守恒C．核反应前后核子数相等，所以生成物的质量等于反应物的质量之和D．硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度的方向一致【解析】(1)核反应过程中遵循质量数守恒和电荷数守恒，核反应方程为p＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(28,14)Si*，说法A正确．核反应过程中遵从动量守恒和能量守恒，说法B正确．核反应中发生质量亏损，生成物的质量小于反应物的质量之和，说法C错误．根据动量守恒定律有mpvp＝mSivSi，碰撞后硅原子核速度的数量级为105m/s，方向与质子初速度方向一致，说法D正确．【答案】ABD2．在下列描述核过程的方程中，属于α衰变的是________，属于β衰变的是________，属于裂变的是________，属于聚变的是________．(填正确答案标号)\o\al(14,)6C→eq\o\al(14,)7N＋0－1e\o\al(32,15)P→eq\o\al(32,16)S＋0－1e\o\al(238,)92U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He\o\al(14,)7N＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(17,)8O＋eq\o\al(1,1)H\o\al(235,)92U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(140,)54Xe＋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衰变是一种元素衰变成另一种元素过程中释放出α粒子的现象，选项C为α衰变；β衰变为衰变过程中释放出β粒子的现象，选项A、B均为β衰变；重核裂变是质量较大的核变成质量较小的核的过程，选项E是常见的一种裂变；聚变是两个较轻的核聚合成质量较大的核的过程，选项F是典型的核聚变过程．【答案】CABEF3．(多选)科学家使用核反应获取氚，再利用氘和氚的核反应获得能量，核反应方程分别为：X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV和eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋MeV，下列表述正确的有()【导学号：06092096】A．X是中子B．Y的质子数是3，中子数是6C．两个核反应都没有质量亏损D．氘和氚的核反应是核聚变反应【解析】核反应方程遵守核电荷数守恒和质量数守恒，则由eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X＋MeV知X为eq\o\al(1,0)n，由X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV知Y为eq\o\al(6,3)Li，其中Y的质子数是3，中子数也是3，选项A正确，选项B错误．两个核反应都释放出核能，故都有质量亏损，选项C错误．X＋Y→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(3,1)H＋MeV是原子核的人工转变，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV为轻核聚变，选项D正确．【答案】AD4．在实验室内较精准地测量到双β衰变事例是在1987年公布的，在进行了7960小时的实验后，以68%的置信度认出eq\o\al(82,34)Se发生的36个双β衰变事例，已知静止的eq\o\al(82,34)Se发生双β衰变时，将释放出两个电子和两个中微子νe(中微子的质量数和电荷数都为零)，同时转变成一个新核X，则X核的中子数为________；若衰变过程释放的核能是E，真空中的光速为c，则衰变过程的质量亏损是________．【解析】衰变方程为：eq\o\al(82,34)Se→eq\o\al(82,36)X＋2eq\o\al(0,－1)e＋2νe，X核的中子数为82－36＝46，由质能方程有：Δmc2＝E，Δm＝eq\f(E,c2).【答案】46eq\f(E,c2)5．用中子轰击铀核(eq\o\al(235,92)U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(eq\o\al(141,56)Ba)和氪(eq\o\al(92,36)Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：mU＝9×10－27kg，mn＝9×10－27kg；mBa＝6×10－27kg，mKr＝7×10－27kg.试写出核反应方程，求出反应中释放的核能．【解析】根据反应前后质量数守恒、电荷数守恒和反应中的能量守恒，就可以写出核反应方程．根据核反应前后的质量亏损，用爱因斯坦质能方程就可求出释放的核能．铀核裂变方程为eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)n，则核反应前后的质量亏损为Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝×10－28kg.由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为ΔE＝Δmc2＝×10－28×(3×108)2J＝2×10－11J.【答案】eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(235,92)U→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)2×10－11J6．天文学家测得银河系中氦的含量约为25%.有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条：一是在宇宙诞生后3分钟左右生成的；二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部的氢核聚变反应生成的．(1)把氢核聚变反应简化为4个氢核(eq\o\al(1,1)H)聚变成氦核(eq\o