高三物理048.doc

东北师范大学附属中学网校（版权所有 不得复制）期数： 0512 WLG3 048学科：物理 年级：高三 编稿老师：王晔 审稿老师：张凤莲 同步教学信息复 习 篇第三单元 核能【知识点析】1、核力：核力之间的引力，有如下特点：(1)核力与核子是否带电无关，质子与质子之间、质子与中子之间、中子与中子之间都可以有核力的作用。(2)核力为短程力。只在2.010-15m的极短距离内有核力作用，超过这个距离核力就迅速减小到零。由于质子和中子的半径为0.810-15m，所以每个核子只跟它相邻的核子间才有核力作用。(3)核力属于强相互作用力。2、质能方程的物理意义爱因斯坦得出了物体的质量与能量之间的关系式E=mc2。这个方程表明：物体具有的能量跟它的质量之间存在着简单的正比关系。物体能量增大了质量也增大，能量减小了质量也减小。应该明确的是，此处的质量指的是物体的运动质量，当物体的运动速度远小于光速时，其运动质量可以看作是不变的。3、核能在原子核反应过程中伴随着巨大的放能或吸能现象，核反应过程中的能量变化比化学反应中的能量变化要大得多。(1)核反应过程中能量的吸放，跟核力的作用有关。当核子结合成原子核时，核子要做功，所以要放出能量；把原子核分裂成核子时，要克服核力做功，所以要从外界吸收能量。(2)核反应过程中释放或吸收的能量 ，可以用爱因斯坦的质能方程计算。原子核在核反应过程中若出现质量亏损（如核子结合成原子核的过程），相应的总能量也就减少了，但减少的这部分能量不会凭空消失，它要在反应过程中释放出去，放出的能量为：E=mc2；同样，在核反应过程中若质量增加了（如把原子核分裂成核子的过程），相应的叫能量也就增加了，增加的这部分能量不会凭空产生，要靠外部来供给。因此，核反应过程也是遵守能量守恒定律的。(3)原子核的质量亏损并不破坏质量守恒定律，亏损的质量m以能量的形式存在，物质的总量保持不变。如在核反应中，以光子形式辐射能量。光子是有运动质量的（静止质量为零），它的运动质量与该核反应过程中核的亏损质量相同。可以归纳出在核反应过程中有如下四个守恒：电恒守恒、质量数守恒、能量守恒、质量守恒。(4)获得核能的途径重核的裂变：重核俘获一个中子后分裂成几个中等质量的核的反应过程。在裂变的同时，还要放出几个中子和大量的核能。为了使裂变的链式反应容易发生，最好使用纯铀235，且使铀块的体积大于它的临界体积、如：。轻核的聚变：某些轻核结合成质量较大的核的反应过程，同时放出大量的核能。聚变的条件是温度达到几百万度以上，所以聚变又叫热核反应。太阳和许多恒星内部都在不停地进行着热核反应，如：。【例题】例1.氢原子辐射出一个光子后，则（ ）A电子绕核旋转半径增大B电子的动能增大C氢原子电势能增大D原子的能级值增大解：由玻尔理论可知，氢原子辐射光子后，应从离核较远的轨道跃迁到离核较近的轨道，在此跃迁过程中，电场力对电子做了正功，因而电势能应减小，再由经典电磁理论，电子绕核做匀速圆周运动的向心力即为氢核对电了的库仑力，因为。可见，电子运动半径越小，其动能越大，再结合能量转化和守恒定律，氢原子放出光子，辐射出一定的能量，所以原子的总能量减少，综合上述可知该题中选项B是正确的。例2已知氢原子基态的电子轨道半径为V=0.52810-10m，量子数为n的能级值。(1) 求电子在基态轨道上运动时的动能。(2) 有一群氢原子处于量子数n=3的激发态，画一能级图在图上用箭头标明这些氢原子能发出哪几条光谱线。 (3)计算这几条光谱线中波长最短的一条的波长（静电力恒量k=9.0109Nm2/c2，电子电量e=1.6010-19c，普朗克恒量h=6.6310-34Js，真空中光速C=3.0108m/s）解：(1)电子绕核做匀速圆周运动遵从牛顿定律，向心力是核对电子的库仑力。设电子质量为m，电子在基态轨道上运动的速度为V1，则由牛顿第二定律和库仑定律有： (2)根据氢原子能量值，画出n=1,2,3时的能级图如图示。当氢原子从量子数n=3的能级跃迁到较低能级时，可以得到三条光谱线，如能级图中所示。(3) 上述三条光谱线中，波长最短的光谱线频率最大，光子能量最大，能级差最大，因此发生于n=3的激发态到n=1的基态的跃迁过程中。n=3时，n=1时E=-13.6eV，能级差E3-E1=12.09eV，由频率条件得，则：，代入数据可得1.0310-7m的结论。例3.某原子核发生一次衰变和一次衰变而变成一种新核,则新核比原来的核 A质子数减少2个,中子数减少2个B质子数减少1个,中子数减少3个C质子数减少4个,核电荷 数减少1D质子数减少5个,核电荷 数减少2个解：衰变即原子核放出氦核( 42He)含有两个质子两个中子.衰变的实质是中子变成质子同时放出电子,其核反应方程为10n11H0-1e.综合两项衰变可知:新核比原来的核质子数共少1个,中子数共少了3个.则选B例4.已知氘核质量为2.0136u，中子质量为1.0087u，核的质量为3.0150u。(1)写出两个氘核聚变成 的核反应过程。(2)计算上述反应中释放的核能(已知1uc2=931.5MeV)。(3)若两个氘核以相等的动能0.35MeV作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，则反应中生成的核和中子的动能各是多少？解：(1)应用电荷数守恒和质量数守恒不难写出核反应方程：(2)这个核反应中的质量亏损m=22.0136u-(3.0150u+1.0087u)=0.0035u由爱因斯坦质能方程得释放核能E=mc2=0.0035uc2=0.0035931.5MeV=3.26MeV.(3)因为该反应中释放的核能全部转化为机械能，即转化为核和中子的动能，若设核和子中的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2，则由动量守恒及能的转化与守恒定律有解方程组，可得 - 3 -