高三物理核反应和核能

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
（2）每小时从太阳表面辐射的总能量为多少？
（3）火星受到来自太阳的辐射可认为垂直到面积为πr2（r为火星半径）的圆盘上。已知太阳到火星的距离约为太阳半径的400倍，忽略其他天体及宇宙空间的辐射，试估算火星的平均温度。
12.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。
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
6．中微子失踪之迷是一直困扰着科学家的问题。原来中微子在离子开太阳向地球运动的过程中，发生“中微子振荡”，转化为一个 子和一个 子。科学家通过对中微子观察和理论分析，终于弄清了中微子失踪的原因，成为“2001年世界十大科技突破”之一。若中微子在运动中只转化为一个 子和一个 子，并已知 子的运动方向与中微子原来的方向一致，则 子的运动方向（ ）
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（ ）
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()
10.如下图所示，一个有界的匀强磁场，磁感应强度B=0.50T，磁场方向垂直于纸面向里，MN是磁场的左边界。在磁场中A处放一个放射源，内装 （镭）， 放出某种射线后衰变成Rn（氡）。试写出： 衰变的方程，若A距磁场的左边界MN的距离OA=1.0m，放在MN左侧的粒子接收器接收到垂直于边界MN方向射出的质量较小的粒子，此时接收器位置距经过OA的直线1.0m，由此可以推断出一个静止镭核Ra衰变时放出的能量是多少？保留两位有效数字（取1u=1.6×10-27kg，电子电量e=1.6×10-19c）
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．
νe＋ Cl→ Ar十 e
已知 Cl核的质量为36.95658 u， Ar核的质量为36.95691 u， e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
A 21.04MeV B 35.56MeV C 77.64MeV D 92.16MeV
5.下列说法正确的是
A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的裂变反应
B、卢瑟福的a粒子散射实验可以估算原子核的大小
C、玻尔理论是依据a粒子散射实验分析得出的
D、氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，总能量增大
6.D
7.A
8.BCD
9.
10.2.0×10-12j
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
4.当两个中子和两个质子结合成一个 粒子时，放出28.30MeV的能量，当三个 粒子结合成一个碳核时，放出7.26MeV的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放的能量约为( )
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。
[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，
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）
参考答案
1.D
2.AC
3.ABC
4.D
5.BD
（B)在任意方向的磁场中都不会发生偏转
(C)电离本领特别强，是原子核的组成部分之一
(D)用来轰击铀235可引起铀榱的裂变
9.假设钚的同位素离子 Pu静止在匀强磁场中，设离子沿与磁场垂直的方向放出 粒子后，变成铀的一个同位素离子，同时放出能量为E=0.09Mev的光子。（1）试写出这一核反应过程的方程式。（2）光子的波长为多少？（3）若不计光子的动量，则铀核与 粒子在匀强磁场中的回旋半径之比是多少？
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 。
（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．
（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
在下面的问题中，把研究对象都简单地看作黑体。
有关数据及数学公式：太阳半径Rs = 696000Km，太阳表面温度T = 5770K，火星半径r = 3395Km。已知球面积S = 4πR2，其中R为球半径。
（1）太阳热辐射能量的绝大多数集中在波长为2×10-7～1×10-5m范围内，求相应的频率范围。
A．反应前后系统总动量皆为0
B．反应过程系统能量守恒
C．根据爱因斯坦质能方程可知，反应前每个质子的能量最小为2mpc2：
D．根据爱因斯坦质能方程可知，反应后单个质子的能量可能小于mpc286．用 粒8.子轰击铍核( Be)，生成一个碳核( C)和一个粒子，则该粒子( )
(A)带正电，能在磁场中发生偏转
（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：