2017-2018学年高二物理鲁科版选修3-5教师用书：第4章 章末分层突破（含解析）

章末分层突破
[自我校对]
①相邻
②短程
③m前－m后
④mc2
⑤Δmc2
⑥大于
⑦几百万
⑧引力
⑨武器
⑩废料
几个重要的核反应
核反应式
与其相关的重要内容
U→Th＋He
α衰变实质2H＋2n→He
Th→Pa＋e
β衰变实质n→H＋e
N＋He→O＋H
质子的发现(1919年)
卢瑟福
Be＋He→C＋n
中子的发现(1932年)
查德威克
Al＋He→P＋n
人工放射性同位素的发现
居里夫妇
P→Si＋e
正电子的发现(1934年)
居里夫妇
U＋n→Sr＋Xe＋10nU＋n→Ba＋Kr＋3n
重核的裂变
H＋H→He＋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)92U→90Th＋(　　)属________；
(2)Be＋(　　)→6C＋n，属________；
(3)H＋H→He＋(　　)，属________；
(4)92U＋n→Sr＋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He，该反应属衰变；
(2)中的未知核为He，该反应属人工转变；
(3)中的未知核为n，该反应属于聚变；
(4)中的未知核为10n，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U＋n→Sr＋Xe＋10n.
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：H＋H→He＋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2.013
6
u，中子质量为1.008
7
u，He核的质量为3.015
0
u.
(1)写出两个氘核聚变成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0.35
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H＋H→He＋n.
(2)由题给条件可求出质量亏损为：
Δm＝[2.013
6×2－(3.015
0＋1.008
7)]u＝0.003
5
u
所以释放的核能
ΔE＝931.5×0.003
5
MeV＝3.26
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He核和中子的动能，若设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＝0①
Ek1＋Ek2＝2Ek0＋ΔE②
由Ek＝得＝＝③
由①②③得：Ek1＝(2Ek0＋ΔE)＝0.99
MeV
Ek2＝(2Ek0＋ΔE)＝2.97
MeV.
【答案】　(1)H＋H→He＋n　(2)3.26
MeV
(3)0.99
MeV　2.97
MeV
1 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，结合1
u的质量对应的能量为931.5
MeV，求得核能单位为MeV.
1.(多选)一静止的铝原子核Al俘获一速度为1.0×107
m/s的质子p后，变为处于激发态的硅原子核Si
.下列说法正确的是(　　)
A．核反应方程为p＋Al→Si
B．核反应过程中系统动量守恒
C．核反应过程中系统能量不守恒
D．硅原子核速度的数量级为105
m/s，方向与质子初速度的方向一致
【解析】　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＋Al→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，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105
m/s，方向与质子初速度方向一致，说法D正确．
【答案】　ABD
2．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)
A.C→N＋e
B.P→S＋e
C.U→Th＋He
D.N＋He→O＋H
E.U＋n→Xe＋Sr＋2n
F.H＋H→He＋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】　C　AB　E　F
3．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7
960小时的实验后，以68%的置信度认出Se发生的36个双β衰变事例，已知静止的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：Se→X＋2e＋2νe，X核的中子数为82－36＝46，由质能方程有：Δmc2＝E，Δm＝.
【答案】　46　
4．用中子轰击铀核(U)，其中的一个可能反应是分裂成钡(Ba)和氪(Kr)两部分，放出3个中子．各个核和中子的质量如下：
mU＝390.313
9×10－27
kg，mn＝1.674
9×10－27
kg；
mBa＝234.001
6×10－27
kg，mKr＝152.604
7×10－27
kg.
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n＋U→Ba＋Kr＋3n，
则核反应前后的质量亏损为
Δm＝mU＋mn－mBa－mKr－3mn＝3.578×10－28
kg.
由爱因斯坦质能方程可得释放的核能为
ΔE＝Δmc2＝3.578×10－28×(3×108)2
J＝3.220
2×10－11
J.
【答案】　n＋U→Ba＋Kr＋3n　3.220
2×10－11
J