高三物理教案:核反应.doc
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1、高三物理教案:核反应【摘要】步入高中,相比初中更为紧张的学习随之而来。在此高三物理栏目的小编为您编辑了此文:高三物理教案:核反应希望能给您的学习和教学提供帮助。本文题目:高三物理教案:核反应一、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E=mc23、 裂变把重核分裂成质
2、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 n4.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+ n5.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
3、以将一个氯核转变为一个氢核,其核反应方程式为e+3717Cl3718Ar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
4、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,发出射线,已知普朗克恒量为h,真空中光速为c,则射线的频率= _ .解析 核反应中释放的能量E=mc2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=mc2据此便可求出光子的频率。质子和中子结合成氘核: H+ n H+这个核反应的质量亏损为:m=m1+m2-m3根据爱因斯坦质能方程 E=mc2此核反应放出的能量 E=(m1+m2
5、-m)c2以射线形式放出,由E=h=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
6、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 粒子在磁场中做匀速圆周运动,有 ,即 ,粒子的动能为衰变过程中动量守恒 ,则氡核反冲的动能为 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
7、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=1.6610-27kg。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3.0105kW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3.2107s计算,光速c=3.00108m/s,结果取二位有效数字)解析(1)(3)(2)E=mc2=(2.0141+3.0160-4.0026-1.0087)1.6610-27321016J=2.810-12J(3)M= =23kg例 5.众所周知,地球围绕着太阳
8、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: E=mc2 , 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 =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.
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