沪教版高中物理选修1-2 6.3核反应与核能_学案1

核反应与核能

【学习目标】
1．知道原子核的人工转变，知道质子和中子是如何被发现的。
2．知道爱因斯坦的质能方程。
3．会计算有关核反应所释放的能量。
【学习重难点】
会计算有关核反应所释放的能量
【学习过程】
(一)核反应
1．原子核在其他粒子的轰击下产生新核的过程，称为核反应。
2．两个重要的核反应。
发现质子的核反应：，
发现中子的核反应：。
说明： 。
3．核反应遵循的规律： 。
(二)质能方程
1．核反应中放出的能量称为核能。
2．组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做质量亏损。
3．质能方程： ，该式表明物体具有的能量与它的质量之间存在着简单的正比关系，C为光在真空中传播的速度。
4．核子结合成原子核释放的能量：(△m为质量亏损)
(三)核能的计算。
核反应涉及的能量十分巨大，核能计算的依据——质能方程，常见的有下列两种情况：
1．若质量亏损△m的单位是千克，则用直接计算，△m的单位为千克，的单位是焦耳；
2．若质量亏损△m的单位是u(原子质量单位)，则利用“1u相当于”进行计算，△E的单位为Mev。
【难题巧解点拨】
例1 已知氘核的质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u，试(1)写出两个氘核生成一个核反应方程(2)计算上述核反应中释放的核能为多少？
解析 根据质量数守恒和电荷数守恒不难写出核反应方程
，
反应中质量亏损△m＝2.0136u×2-(3.0150u+1.0087u)＝0.0035u，
故释放的核能，△E＝0.0035×931．5Mev≈3.26Mev。
答案 3.26Mev。
点评 计算该题时应特别注意单位的统一。
例2 两个中子和两个质子结合成一个氦核，同时释放一定的核能，中子的质量为1.0087u，质子的质量为1.0073u，氦核的质量为4.0026u，试计算用中子和质子生成1kg的氦时，要释放多少核能？
解析 先计算生成一个氦核释放的能量，再根据1kg氦核的个数即可算出释放的总的核能。
核反应方程，
生成一个氦核过程的质量亏损
△m＝(1.0087u+1.0073u)×2-4.0026u＝0.0294u，
释放的核能△E＝0.0294×931．5Mev＝27.386Mev，
生成1kg氦核释放的能量

答案 。
点评 由于该题已知质量单位为原子质量单位，故先写出核反应方程，进而确定△m，最后利用“1u相当于931.5Mev”先算出△E，再将单位换算成焦耳就成了。
【拓展延伸探究】
核反应中的质量亏损与物质不灭是否矛盾？
问题：质量亏损指的是组成原子核的核子质量与原子核的质量之差，而非核反应前后物质的质量之差，核反应中伴随着能量的变化，根据爱因斯坦的质能方程可知，核反应中释放的能量对应一定的质量，若考虑这部分质量，则反应前后的质量是守恒的，这与物质不灭定律并不矛盾。
【达标检测】
1．下列核反应中哪些是可能的 ( )
A． B．
C． D．
2．质子、中子组成氦核，释放一定的核能，质量分别是、、则下列关系式中正确的是 ( )
A． B．
C． D．以上三种情况都有可能
3．中子的质量为1.0087u，质子的质量为1.0073u，氘核的质量为2.0136u，中子和质子结合成氘核时释放多少焦耳的能量？(保留两位有效数字，)
4．静止的氮核被速度为中子击中生成甲、乙两核，已知甲、乙两核的速度方向同碰撞前中子的速度方向一致，甲、乙两核的质量之比为1：1．动能之比为1：4，它们沿垂直磁场方向进入匀强磁场后作圆周运动，半径之比为1：6，试确定甲、乙各是什么核？速度各是多大？写出核反应方程。