模块核能方面的应用

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1、核能类问题的切入点如下：1.重核的裂变和轻核的聚变是获得核能的两个重要途径，是能量转化与守恒的重要应用。2.爱因斯坦质能方程是核能计算的依据，在核反应中，反应前后若有质量亏损，则可放出的能量为，这也是核能计算的常用方法。在具体应用中要注意单位制的统一与换算。3.在无光子辐射的情况下，核反应中释放的核能转化为新生核和新粒子的动能，可依据动量守恒和能量转化与守恒来计算核能及其分配关系1.海水中含有丰富的氘，完全可充当未来的主要能源。两个氘核的核反应如下：，其中氘核质量为2.0136u，氦核质量为3.1050u，中子质

2、量为1.0087u。求：（1）核反应中释放的核能；（2）在两个氘核以相等的动能0.35MeV进行对心碰撞，并且核能全部转化为机械能的情况下，求反应中产生的中子和氦核的动能。解析：（1）由得，释放的核能MeV。（2）把两个氘核作为一个系统，对撞过程动量守恒，由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量恒为零。又因为反应前后总能量守恒，故反应前后系统的总动量恒为零，即2.科学家们为了验证爱因斯坦质能关系式，设计了如下试验：用动能为的质子去轰击静止的锂核，生成两个粒子，并测得这两个粒子的动能之和为

3、，已知，。（1）写出核反应方程；（2）计算上述核反应所释放的能量；（3）通过计算结果说明成立。解析：（1）该核反应方程为：（2）该核反应前后增加的动能即为释放的核能（3）上述核反应质量亏损为按照爱因斯坦质能方程可算得该核反应所释放的能量为点评：本部分知识的应用重点是应用核反应过程中的质量亏损确定释放能量，再结合力学中的有关定理解决问题，涉及到对知识迁移能力、信息的应用和物理公式的应用能力的考查。 3．太阳内部持续不断地发生着4个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源．(1)写出这个

4、核反应方程．(2)这一核反应能释放出多少能量？(3)已知太阳每秒释放能量为3.8×1026J，则太阳每秒减少的质量为多少kg?(4)若太阳质量减小万分之三，热核反应不能继续进行，计算太阳还能存在多少年？(mp＝1.0073u，mα＝4.0015u，me＝0.00055u，太阳的质量为2×1030kg)解析：(1)核反应方程是411H―→24He＋210e.(2)这一核反应的质量亏损是Δm＝4mp－mα－2me＝0.0266uΔE＝Δmc2＝0.0266×931.5MeV≈24.78MeV.(3)由ΔE＝Δmc2得

5、每秒太阳质量减少Δm＝＝kg≈4.2×109kg.(4)太阳的质量为2×1030kg，太阳还能存在的时间为t＝＝s≈1.4×1017s即为4.5×109年．答案：(1)411H―→24He＋210e　(2)24.78MeV(3)4.2×109kg　(4)4.5×109年4．云室处在磁感应强度为B的匀强磁场中，一静止的质量为M的原子核在云室中发生一次α衰变，α粒子的质量为m，电荷量为q，其运动轨迹在与磁场垂直的平面内，且轨道半径为R，试求衰变过程中的质量亏损．(注：涉及动量问题时，亏损的质量可忽略不计)解析：设放出

6、的α粒子的速率为v，它在洛伦兹力作用下做半径为R的匀速圆周运动．由牛顿第二定律，知qvB＝mv2/R则mv＝qBR设衰变后剩余核的速度是v′，衰变过程中动量守恒(M－m)v′＝mv.α粒子、剩余核的动能来源于亏损的质量，有Δmc2＝(M－m)v′2＋mv2.解得Δm＝.5．(1)放射性物质84210Po和2760Co的核衰变方程分别为：84210Po→82206Pb＋X1　2760Co→2860Ni＋X2方程中的X1代表的是________，X2代表的是________．(2)如图15－2－1所示，铅盒内装有能释

7、放α、β和γ射线的放射性物质，在靠近铅盒的顶部加上电场E或磁场B，在图(a)、(b)中分别画出射线运动轨迹的示意图．(在所画轨迹上须标明是α、β和γ中的哪种射线)解析：(1)由质量数守恒可知X1、X2的质量数分别为4、0，由电荷数守恒可知X1、X2的电荷数分别为2、－1，故X1是24He，X2是－1　0e.(2)α粒子带正电，在图(a)电场中向右偏，在图(b)的磁场受到指向左侧的洛伦兹力向左偏，β粒子带负电，故在图(a)中向左偏而在图(b)中向右偏，γ粒子不带电，故不发生偏转，如图所示(曲率半径不作要求，每种射线

8、可只画一条轨迹)．答案：(1)24He　－1　0e　(2)见解析图6．一个钚的同位素94239Pu的原子核静止在匀强磁场中．某时刻该原子核垂直于磁场方向放射出一个α粒子，变成铀的同位素，同时辐射出能量为E＝0.09MeV的光子．已知钚原子核的质量M0＝238.999655u，α粒子的质量m＝4.001509u，反冲核的质量M＝234.993470u．取1u·c2＝931M