高中離子反應(yīng)教案

核反應(yīng)。

核反應(yīng)核能質(zhì)能方程
一、知識點梳理
1、核反應(yīng)
在核物理學(xué)中，原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng)．
典型的原子核人工轉(zhuǎn)變：
N+HeO+H質(zhì)子H的發(fā)現(xiàn)方程盧瑟福
Be+HeC+n中子n的發(fā)現(xiàn)方程查德威克
2、核能
（1）核反應(yīng)中放出的能量稱為核能
（2）質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子質(zhì)量之和．質(zhì)量虧損．
（3）質(zhì)能方程：質(zhì)能關(guān)系為Ｅ＝ｍｃ2
原子核的結(jié)合能ΔＥ=Δｍｃ2
3、裂變
把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出的核能的反應(yīng)，叫裂變
典型的裂變反應(yīng)是：
Ｕ+ｎＳr+Ｘe+10ｎ
4．輕核的聚變
把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出的核能的反應(yīng)叫輕核的聚變．聚變反應(yīng)釋放能量較多，典型的輕核聚變?yōu)椋?br> Ｈ+ＨＨe+ｎ
5．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
一個重核吸收一個中子后發(fā)生裂變時，分裂成兩個中等質(zhì)量核，同時釋放若干個中子，如果這些中子再引起其它重核的裂變，就可以使這種裂變反應(yīng)不斷的進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
二、典型例題
例1．雷蒙德戴維斯因研究來自太陽的電子中微子（v。）而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎．他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．電子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氫核，其核反應(yīng)方程式為
νe＋3717Cl→3718Ar十0－1e
已知3717Cl核的質(zhì)量為36.95658u，3718Ar核的質(zhì)量為36.95691u，0－1e的質(zhì)量為0.00055u，1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5MeV.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為
（A）0.82MeV（B）0.31MeV（C）1.33MeV（D）0.51MeV
[解析]由題意可得：電子中微子的能量E=mc2-（mAr+me-mCl）931.5MeV
=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV
=0.82MeV
則電子中微子的最小能量為Emin=0.82MeV
[點評]應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程時，注意單位的使用。當(dāng)用kg單位，c用m/s時，
單位是J，也可像本題利用1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5MeV.
例2、質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為ｍ１、ｍ２、ｍ３，質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，發(fā)出γ射線，已知普朗克恒量為ｈ，真空中光速為ｃ，則γ射線的頻率υ＝______．
[解析]核反應(yīng)中釋放的能量ΔＥ＝Δｍｃ２以釋放光子的形式釋放出來，由于光子的能量為hυ，依能量守恒定律可知：hυ=Δｍｃ２據(jù)此便可求出光子的頻率。
質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核：Ｈ+ｎＨ+γ這個核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為：
Δｍ＝ｍ１＋ｍ２－ｍ３
根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程ΔＥ＝Δｍｃ２
此核反應(yīng)放出的能量ΔＥ＝（ｍ１＋ｍ２－ｍ）c2
以γ射線形式放出，由Ｅ＝hυ
υ=
[點評]此題考查計算質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程確定核能．關(guān)鍵是對質(zhì)量虧損的理解和確定．
例3、如圖所示，有界勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面向里，直角坐標(biāo)系xoy的y軸為磁場的左邊界，A為固定在x軸上的一個放射源，內(nèi)裝鐳核（）沿著與+x成角方向釋放一個粒子后衰變成氡核（）。粒子在y軸上的N點沿方向飛離磁場，N點到O點的距離為l，已知OA間距離為，粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，氡核的質(zhì)量為。
（1）寫出鐳核的衰變方程；（2）如果鐳核衰變時釋放的能量全部變?yōu)榱Ｗ雍碗焙说膭幽芮笠粋€原來靜止的鐳核衰變時放出的能量。
[解析]（1）鐳核衰變方程為：
（2）鐳核衰變放出粒子和氡核，分別在磁場中做勻速圓周運動，粒子射出軸時被粒子接收器接收，設(shè)粒子在磁場中的軌道半徑為R，其圓心位置如圖中點，有
，則①
粒子在磁場中做勻速圓周運動，有，即，②
粒子的動能為
∴衰變過程中動量守恒，④
則氡核反沖的動能為⑤
∴⑥
[點評]要熟練掌握核反應(yīng)方程，動量守恒定律，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運動規(guī)律的綜合運用。
例4.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋放一個中子了。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0160u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u=1.66×10-27kg。
⑴寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程。
⑵試計算這個核反應(yīng)釋放出來的能量。
⑶若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質(zhì)量？
（一年按3.2×107s計算，光速c=3.00×108m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)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
（3）M=
==23kg

例5．眾所周知，地球圍繞著太陽做橢圓運動，陽光普照大地，萬物生長．根據(jù)學(xué)過的知識試論述說明隨著歲月的流逝，地球公轉(zhuǎn)的周期，日、地的平均距離及地球表面的溫度的變化趨勢．
[解析]太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的熱核反應(yīng)，在反應(yīng)過程中向外釋放著巨大的能量，這些能量以光子形式放出．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系：ΔＥ＝Δｍｃ2，知太陽質(zhì)量在不斷減?。?br> 地球繞太陽旋轉(zhuǎn)是靠太陽對地球的萬有引力來提供向心力G=mω2R，現(xiàn)因M減小，即提供的向心力減小，不能滿足所需的向心力，地球?qū)⒙蛲庾鲭x心運動，使軌道半徑變大，日地平均距離變大．
由上式可知，左邊的引力G減小，半徑R增大，引起地球公轉(zhuǎn)的角速度變化，從而使公轉(zhuǎn)周期變化G=mR，T2=，即T增大．
一方面，因太陽質(zhì)量變小，發(fā)光功率變小；另一方面，日地距離變大，引起輻射到地球表面的能量減小，導(dǎo)致地球表面溫度變低．
[點評]該題集原子物理與力學(xué)為一體，立意新穎，將這一周而復(fù)始的自然用所學(xué)知識一步一步說明，是一道考查能力、體現(xiàn)素質(zhì)的好題．
三、過關(guān)測試
1、靜止在勻強(qiáng)磁場中的U核，發(fā)生。衰變后生成Th核，衰變后的粒子速度方向垂直于磁場方向，則以下結(jié)論中正確的是()
①衰變方程可表示為：UTh+He
②衰變后的Th核和粒子的軌跡是兩個內(nèi)切圓，軌道半徑之比為1:45
③Th核和粒子的動能之比為2:17
④若粒子轉(zhuǎn)了117圈，則Th核轉(zhuǎn)了90圈
A．①③B．②④C①②D．③④
2．下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號“X”表示中子的是
(A)(B)
(C)(D)
3.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說法正確的是（）
A盧瑟福在粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)
B天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是射線
C據(jù)圖15.3-3可知，原子核A裂變變成原子核B和C要放出核能
D據(jù)圖15.3-3可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收核能
4.當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個粒子時，放出28.30MeV的能量，當(dāng)三個粒子結(jié)合成一個碳核時，放出7.26MeV的能量，則當(dāng)6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放的能量約為()
A21.04MeVB35.56MeVC77.64MeVD92.16MeV
5.下列說法正確的是
A、太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的裂變反應(yīng)
B、盧瑟福的a粒子散射實驗可以估算原子核的大小
C、玻爾理論是依據(jù)a粒子散射實驗分析得出的
D、氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，電勢能增大，總能量增大
6．中微子失蹤之迷是一直困擾著科學(xué)家的問題。原來中微子在離子開太陽向地球運動的過程中，發(fā)生“中微子振蕩”，轉(zhuǎn)化為一個子和一個子?？茖W(xué)家通過對中微子觀察和理論分析，終于弄清了中微子失蹤的原因，成為“2001年世界十大科技突破”之一。若中微子在運動中只轉(zhuǎn)化為一個子和一個子，并已知子的運動方向與中微子原來的方向一致，則子的運動方向（）
A一定與中微子方向一致B一定與中微子方向相反C可能與中微子方向不在同一直線上D只能中微子方向在同一直線上
7.在一定條件下，讓質(zhì)子獲得足夠大的速度，當(dāng)兩個質(zhì)子p以相等的速率對心正碰，將發(fā)生下列反應(yīng)：P+P→P+P+P+其中是P反質(zhì)子(反質(zhì)子與質(zhì)子質(zhì)量相等，均為mp，且?guī)б粋€單位負(fù)電荷)，則以下關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是
A．反應(yīng)前后系統(tǒng)總動量皆為0
B．反應(yīng)過程系統(tǒng)能量守恒
C．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)前每個質(zhì)子的能量最小為2mpc2：
D．根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)后單個質(zhì)子的能量可能小于mpc286．用粒8.子轟擊鈹核(Be)，生成一個碳核(C)和一個粒子，則該粒子()
(A)帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)
（B)在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)
(C)電離本領(lǐng)特別強(qiáng)，是原子核的組成部分之一
(D)用來轟擊鈾235可引起鈾榱的裂變
9.假設(shè)钚的同位素離子Pu靜止在勻強(qiáng)磁場中，設(shè)離子沿與磁場垂直的方向放出粒子后，變成鈾的一個同位素離子，同時放出能量為E=0.09Mev的光子。（1）試寫出這一核反應(yīng)過程的方程式。（2）光子的波長為多少？（3）若不計光子的動量，則鈾核與粒子在勻強(qiáng)磁場中的回旋半徑之比是多少？
10.如下圖所示，一個有界的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界。在磁場中A處放一個放射源，內(nèi)裝（鐳），放出某種射線后衰變成Rn（氡）。試寫出：衰變的方程，若A距磁場的左邊界MN的距離OA=1.0m，放在MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，此時接收器位置距經(jīng)過OA的直線1.0m，由此可以推斷出一個靜止鐳核Ra衰變時放出的能量是多少？保留兩位有效數(shù)字（取1u=1.6×10-27kg，電子電量e=1.6×10-19c）

11.自然界中的物體由于具有一定的溫度，會不斷地向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有關(guān)，稱為熱輻射。熱輻射具有如下特點：（1）輻射的能量中包含各種波長的電磁波；（2）物體溫度越高，單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上輻射的能量越大；（3）在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。
處在一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時，也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變。若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比，即P0=σT4，其中常量σ=5.67×10-8W/(mK4)
在下面的問題中，把研究對象都簡單地看作黑體。
有關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)公式：太陽半徑Rs=696000Km，太陽表面溫度T=5770K，火星半徑r=3395Km。已知球面積S=4πR2，其中R為球半徑。
（1）太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為2×10-7～1×10-5m范圍內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范圍。
（2）每小時從太陽表面輻射的總能量為多少？
（3）火星受到來自太陽的輻射可認(rèn)為垂直到面積為πr2（r為火星半徑）的圓盤上。已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。
12.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘（又叫重氫）和氚（又叫超重氫）聚合成氦，并釋放一個中子了。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0160u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u=1.66×10-27kg。
⑴寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程。
⑵試計算這個核反應(yīng)釋放出來的能量。
⑶若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質(zhì)量？
（一年按3.2×107s計算，光速c=3.00×108m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)字）

參考答案
1.D
2.AC
3.ABC
4.D
5.BD
6.D
7.A
8.BCD
9.
10.2.0×10-12j
11.3×103~1.5×1015Hz、1.38×1030J,204K
12.⑴略⑵2.8×10-12J⑶23kg（76范文網(wǎng) WwW.FW76.COM）

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22—5核反應(yīng)核能

22—5核反應(yīng)核能
教學(xué)目標(biāo)
1.讓學(xué)生知道什么是原子核的人工轉(zhuǎn)變，什么是核反應(yīng)，如何用核反應(yīng)方程表示核反應(yīng)。
2.知道質(zhì)量虧損的概念并會計算。理解愛因斯坦質(zhì)能方程的物理意義，并能計算核。
3.培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、推理能力及數(shù)學(xué)計算能力。
4.通過學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗科學(xué)家進(jìn)行探索實驗、抽象概括、推理判斷的基本方法。
5.培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀、熱愛科學(xué)的精神。
6.使學(xué)生樹立起實踐是檢驗真理的標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)理論對實踐有著指導(dǎo)和預(yù)見的作用的觀點。
教學(xué)重點、難點分析
核反應(yīng)方程是本節(jié)課的一個重點，教師要引導(dǎo)學(xué)生按照質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒的規(guī)律以及有關(guān)原子核與粒子的書寫規(guī)則正確的寫出核反應(yīng)方程。在這個知識點的教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生感受查德威克是怎樣發(fā)現(xiàn)中子的。質(zhì)能方程是本節(jié)課的第二個重點，也是難點。教師可以讓學(xué)生了解質(zhì)量虧損的概念與計算方法，然后討論質(zhì)能方程的物理意義，教師對此應(yīng)當(dāng)作出正確的解釋，幫助學(xué)生認(rèn)識質(zhì)能方程蘊(yùn)含的物理思想，并通過閱讀與訓(xùn)練，指導(dǎo)學(xué)生掌握計算核能的基本方法。其中物理單位也屬于一個相對難點，應(yīng)讓學(xué)生記住、會用。
課時安排
1課時
課前準(zhǔn)備
教師：制作如下幻燈片：
①盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置圖及操作過程文字說明。
②查德威克發(fā)現(xiàn)中子的示意圖。
③核反應(yīng)方程N(yùn)+He→O+HBe+He→C+n
④思考討論題組一、二。
⑤質(zhì)能聯(lián)系方程
⑥核電站照片與數(shù)據(jù)。
⑦課堂練習(xí)題一、二。
⑧課堂小結(jié)。
學(xué)生：閱讀有關(guān)核能方面的科普書籍，上網(wǎng)查詢或下載一些有關(guān)核反應(yīng)、核研究、核能的開發(fā)與利用的資料。
教具
教具：實物投影儀，多媒體課件。
教學(xué)過程
○問題情景呈現(xiàn)，導(dǎo)入新課
師：播放投影1：大亞灣核電站外觀圖及核反應(yīng)堆；數(shù)據(jù)：1kg鈾235燃燒釋放出的原子核能相當(dāng)于2500噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒時放出的熱量，只需幾千克鈾235就足夠上海市24小時的耗能供應(yīng)。
播放投影2：盧瑟福在1919年，首先發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的實驗裝置圖，第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。在原子核的轉(zhuǎn)變中，遵守哪些規(guī)律？如此巨大的核能是從哪里來的呢？這是我們在本節(jié)課將要學(xué)習(xí)和探究的新問題。
師：播放課題名稱：五、核反應(yīng)核能
○新課教學(xué)
師：請同學(xué)們閱讀教材，然后回答以下問題。
師：板書〈一〉核反應(yīng)，投影簡答題組〈一〉
⑴什么是原子核的人工轉(zhuǎn)變？
⑵什么是核反應(yīng)？為什么說原子核的人工轉(zhuǎn)變是核反應(yīng)的一種？你還知道哪些核反應(yīng)？
⑶如何用核反應(yīng)方程表示核反應(yīng)過程？在核反應(yīng)中遵循哪些規(guī)律？
⑷試背寫出盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程，查德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程。
⑸試比較說明核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別。
生：閱讀有關(guān)內(nèi)容后，先獨立思考，然后抽查學(xué)生回答問題，互相評價，教師傾聽。點拔強(qiáng)調(diào)如下：
核反應(yīng)是一種客觀變化。它遵守電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒兩條規(guī)律。核反應(yīng)方程是對核反應(yīng)過程的抽象表達(dá)。核反應(yīng)是原子核的變化，結(jié)果是產(chǎn)生了新的元素，“點石問金”的夢想在核反應(yīng)中得以實現(xiàn)；而化學(xué)反應(yīng)且是原子的重組，原子外層電子的得失，結(jié)果是生成了新的分子，并無新元素的產(chǎn)生。
師；投影練習(xí)題組二。請同學(xué)們指出下列核反應(yīng)方程的真?zhèn)?，錯誤的加以糾正。
A.N+α→O+質(zhì)子
B.C+He→O+H
C.Be+He→C+γ（光子）
D.H+n→H+γ（光子）
學(xué)生觀察，相互討論，指出真?zhèn)渭板e誤所在。同時，請四位不同能力的學(xué)生上講臺改正并講述理由。
師：質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒是判斷核反應(yīng)方程正確與否的必要條件。但是，人們是否可以用這兩個條件來編寫核反應(yīng)方程呢？如果不可以的話，應(yīng)該采用什么辦法來確定核反應(yīng)的產(chǎn)物，檢驗核反應(yīng)的真?zhèn)文?？下面我們一起體驗查德威克（英）在1832年是如何發(fā)現(xiàn)并確定“中子”的。（學(xué)生激起懸念，試目以待。）
師：投影幻燈片——中子是怎樣發(fā)現(xiàn)的？

天然放射性元素Po放出α粒子，轟擊鈹（Be）原子核時，發(fā)出了一種未知射線，這種未知射線可以從石蠟（含碳）中打出質(zhì)子（H）。那么我們?nèi)绾未_定這種未知射線的本質(zhì)特征呢？即確定它是否帶電？如果帶電的話，帶的是正電還是負(fù)電？電荷數(shù)如何？質(zhì)量數(shù)如何？
學(xué)生分組討論，提出初步的設(shè)想及根據(jù)，然后全班同學(xué)共同交流和比較，形成一個或幾個科學(xué)而又可行的方案。最后，教師評價，肯定、鼓勵同學(xué)們表現(xiàn)出的熱情和智慧。對不足之處加以引導(dǎo)、點撥、糾正。
教師歸納同學(xué)的設(shè)計并板書如下內(nèi)容：
這種未知射線：
①在空氣中的速度小于光速c的1/10不是光子；
②在電場或磁場中不會偏轉(zhuǎn)不帶電；
③與碳核和氫核（或其它核）發(fā)生彈性正碰，一定符合動量守恒定律和能量守恒定律。
最終結(jié)論：未知射線是質(zhì)量近似等于質(zhì)子質(zhì)量但不帶電的基本粒子——“中子”。
剛才我們研究了核反應(yīng)中生成新元素和粒子的確定方法及表達(dá)形式，下面，我們從能量的角度來分析核反應(yīng)現(xiàn)象。教師板書：
二核能的釋放及計算
師：朗讀教材，板書：
1.核能——核反應(yīng)中釋放的能量。核能是從哪里來的？
學(xué)生閱讀教材后，獨立思考上述問題，教師傾聽、詢問、了解學(xué)生提出的各種疑問，然后啟發(fā)講解，投影如下內(nèi)容：
愛因斯坦質(zhì)能方程：E=mc2中，E表示物體的能量，m表示物體的質(zhì)量，c表示真空中的光速。
①物體具有的能量與它的質(zhì)量成正比，物體的能量增大了，質(zhì)量也增大；能量減小了，質(zhì)量也減小。
②任何質(zhì)量為m的物體都具有大小相當(dāng)于mc2的能量。由于c2非常大（9×1016m2/s2），所以對質(zhì)量很小的物體所包含（或具有）的能量是非常巨大的。對此，愛因斯坦說過：“把任何慣性質(zhì)量理解為能量的一種貯藏，看來要自然得多。”所以質(zhì)量于能量實質(zhì)上是相象的，它們只不過是同一事物的不同表示。
③在國際單位制中，E、m、c的單位分別取J、kg和m/s。
④由E=mc2得△E=△mc2，其蘊(yùn)含著怎樣的意義？△m表示物體的質(zhì)量虧損，△E表示與△m相當(dāng)?shù)哪芰?。如果物體的能量減小了△E，即向外釋放△E的能量，它的質(zhì)量就會虧損△m=。理論和實驗都表明，只有在核反應(yīng)中，才可能發(fā)生質(zhì)量虧損，因而伴隨著巨大的能量向外輻射。例如，在中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核的過程中，由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，從而釋放出了2.2MeV的核能。
生：仔細(xì)閱讀教材及旁批內(nèi)容。師生共同歸納計算核能的思路和步驟。
教師板書如下內(nèi)容：
2.核能的計算步驟：
首先，寫出正確的核反應(yīng)方程。
其次，計算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損△m。
然后，根據(jù)質(zhì)能方程△E=△mc2，計算核能。
注意的幾個問題：
①記住以下單位換算關(guān)系
1MeV=106eV
1eV=1.6022×10-19J
1u（原子質(zhì)量單位）=1.6606×10-27kg
②1u相當(dāng)于9351.5MeV的能量（自己證明），這是計算核能經(jīng)常用導(dǎo)的關(guān)系。
③如果在某些核反應(yīng)中，物體的能量增加了，說明核反應(yīng)中物體的質(zhì)量不是虧損，而是增加了。例如，把氘核分解成獨立的中子和質(zhì)子時，應(yīng)從外界吸收2.2MeV的能量。即2.2MeV+H→n+H
④△m實際是物體靜止質(zhì)量的虧損。在相對論中，當(dāng)物體的運動速度接近光速時，物體的質(zhì)量，將隨著速度的變化而變化（增大了）。
【--說明】
本節(jié)的內(nèi)容比較抽象，核能及質(zhì)量虧損的計算繁、難。但是，教學(xué)大綱要求較高，應(yīng)予重視。在--上真正體現(xiàn)以學(xué)生發(fā)展為主的教育理念。本節(jié)內(nèi)容屬于本章的中心內(nèi)容，承上啟下，地位重要。既要重視基本概念、規(guī)律的指導(dǎo)學(xué)習(xí)，又要通過中子發(fā)現(xiàn)等重要實驗學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和人文精神。采用“問題驅(qū)動與探究”的模式可以實現(xiàn)較為滿意的效果。
質(zhì)能方程不僅適用于原子核的人工轉(zhuǎn)變，還適用于衰變、裂變、聚變。
另外，在無光子輻射的情況下，核反應(yīng)中釋放的核能轉(zhuǎn)化為生成的新核和粒子的動能，因而可利用動量守恒和能量守恒定律來計算核能。

高考物理考點重點核反應(yīng)核能復(fù)習(xí)

第三課時核反應(yīng)核能

【教學(xué)要求】
1．知道原子核的組成和核力的概念；
2．理解核能的概念，知道獲得核能的兩種途徑。
【知識再現(xiàn)】
一、核反應(yīng)
1．某種元素的原子核變?yōu)榱硪环N元素的原子核的過程叫做核反應(yīng)。
2．常見的核反應(yīng)分為衰變、人工轉(zhuǎn)變、裂變和聚變等幾種類型．
3．幾種典型的核反應(yīng)：
（1）盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)方程為
_____________________________
（2）德威克發(fā)現(xiàn)中子的核反應(yīng)方程為
_____________________________
（3）伊麗芙居里夫婦發(fā)現(xiàn)放射性同位素和正電子的核反應(yīng)方程為
_____________________________
二、核力
1．把核子緊緊束縛在___________，形成穩(wěn)定的原子核的力，稱為核力。
2．核力的特點：
（1）核力與核子是否帶電無關(guān)，質(zhì)子與質(zhì)子間、質(zhì)子與中子間，中子與中子間都可以有核力作用．
（2）是一種強(qiáng)相互作用．
（3）是一種近程力（當(dāng)兩個核子間距r＜2×10-15m時才發(fā)生作用）．只有相鄰的核子間才有核力作用．
三、核能（原子核的結(jié)合能）
1．克服核力做功，使原子核分解為單個核子時吸收的能量，或若干個單個核子在核力作用下結(jié)合成原子核時放出的能量，叫原子核的結(jié)合能，簡稱核能．
例如：H+n→H+△E（△E=2.22MeV）
2．核能的計算
根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2或△E=△mc2
3．核能獲得的兩種途徑：
（1）重核的裂變：重核分裂成兩個（或兩個以上）中等質(zhì)量核時要釋放能量，這種核反應(yīng)叫裂變．
（2）輕核的聚變：輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核的變化．
知識點一對質(zhì)能方程的理解
一定的質(zhì)量m總是跟一定的能量mc2對應(yīng)。核子在結(jié)合成原子核時的總質(zhì)量減少了，相應(yīng)的總能量也要減少，根據(jù)能量守恒定律，減少的這部分能量不會憑空消失，它要在核子結(jié)合過程中釋放出去。反過來，把原子核分裂成核子，總質(zhì)量要增加，總能量也要增加，增加的這部分能量也不會憑空產(chǎn)生，要由外部來供給。
【應(yīng)用1】為紀(jì)念愛因斯坦對物理學(xué)的巨大貢獻(xiàn)，聯(lián)合國將2005年定為“國際物理年”。對于愛因斯坦提出的質(zhì)能方程E=mc2，下列說法中不正確的是（）
A．E=mc2表明物體具有的能量與其質(zhì)量成正比
B．根據(jù)ΔE＝Δmc2可計算核反應(yīng)的能量
C．一個質(zhì)子和一個中子結(jié)合成一個氘核時釋放能量，表明此過程出現(xiàn)了質(zhì)量虧損
D．E=mc2中的E是發(fā)生核反應(yīng)中釋放的核能
導(dǎo)示:質(zhì)能方程的本質(zhì)是：第一，質(zhì)量或能量是物質(zhì)的屬性之一；第二，質(zhì)能方程提示了質(zhì)量和能量的不可分割性，方程建立了這兩個屬性在數(shù)值上的關(guān)系，這兩個量分別遵守質(zhì)量守恒和能量守恒，質(zhì)量和能量在量值上的聯(lián)系決不等于這兩個量可相互轉(zhuǎn)化；第三，質(zhì)量虧損不是否定了質(zhì)量守恒定律．生成的γ射線雖然質(zhì)量為零但能量不為零。故選D。
物體的質(zhì)量減少了，它的能量也減少；物體的質(zhì)量增加了，它的能量也增加；不能錯誤地認(rèn)為質(zhì)量和能量發(fā)生了相互轉(zhuǎn)化。對質(zhì)量虧損，切忌不能誤解為這部分質(zhì)量轉(zhuǎn)變成了能量。
知識點二裂變與聚變
鈾核裂變的反應(yīng)為：
U+n→Xe+Sr+2n+217MeV
氘核和氚核聚合成氦核：
H＋H→He＋n＋17.6MeV
【應(yīng)用2】（07江蘇省如東中學(xué)期末）2008年北京奧運會場館周圍80％～90％的路燈將利用太陽能發(fā)電技術(shù)，奧運會90％的洗浴熱水將采用全玻真空太陽能集熱技術(shù)。太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部所發(fā)生的一系列核反應(yīng)形成的，其主要的核反應(yīng)過程可表示為（）
A．
B．
C．D．
導(dǎo)示:太陽能的產(chǎn)生是由于太陽內(nèi)部進(jìn)行著激烈熱核反應(yīng)（聚變反應(yīng)），故選A。
類型一核反應(yīng)方程的書寫
寫核反應(yīng)方程的一般程序是：①先將已知原子核和已知粒子的符號填入核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置；②根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒規(guī)律計算出未知核或未知粒子的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；③根據(jù)未知核或未知粒子的電荷數(shù)判定它們是哪種元素或哪種粒子，并在核反應(yīng)方程一般形式的適當(dāng)位置寫上它們的符號。
【例1】完成下列核反應(yīng)方程，其中屬于衰變的是_________屬于人工轉(zhuǎn)變的是________，屬于裂變的是________，屬于聚變的是__________。
A．
B．
C．
D．
導(dǎo)示:根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒先完成核反應(yīng)方程，然后根據(jù)核反應(yīng)的類型即可判斷出反應(yīng)類型．
答案BACD
寫核反應(yīng)方程時的注意事項：
①對于核反應(yīng)通常是不可逆的，方程中只能用箭頭(→)，不能用等號(=)；
②在核反應(yīng)過程中，遵循電荷教守恒、質(zhì)量數(shù)守恒，但“質(zhì)量數(shù)守恒”決不能說成“質(zhì)量守恒”；
③核反應(yīng)的依據(jù)是客觀實驗，有許多核反應(yīng)的產(chǎn)物不是唯一的(如鈾核裂變)．因此不能認(rèn)為只要配平質(zhì)量數(shù)和核電荷數(shù)就可隨意編造反應(yīng)式。
類型二核能的計算
核能的計算方法：（1）根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(△m)的千克數(shù)乘以真空中光速的平方(c=3X108m/s)即：△E=△mc2；（2）根據(jù)1原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5兆電子伏(MeV)能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位乘以931.5MeV，即：△E=△m×931.5MeV。
【例2】（07屆南京市第一次調(diào)研測試）物理學(xué)家們普遍相信太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng).根據(jù)這一理論，在太陽內(nèi)部4個氫核()轉(zhuǎn)化成一個氦核()和兩個正電子()并放出能量.已知質(zhì)子質(zhì)量mP＝1.0073u，α粒子的質(zhì)mα＝4.0015u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u．1u的質(zhì)量對應(yīng)931.5MeV的能量。
（1）寫出該熱核反應(yīng)方程
（2）一次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少兆電子伏的能量?（結(jié)果保留四位有效數(shù)字）
導(dǎo)示:（1）4→+2
（2）Δm＝4mP－mα－2me
=4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u
=0.0267u
則△E=△m×931.5MeV=0.0267u×931.5MeV/u=24.87MeV
計算核能時需注意：使用公式△E=△mc2時，△m的單位是千克，△E的單位是焦耳；如果用△E=△m×931.5MeV時，△m的單位是原子質(zhì)量單位（u,1u=1.660566×10-27kg），△E的單位是兆電子伏。
1．（07合肥市教學(xué)質(zhì)量檢測一）據(jù)新華社報道，由我國自行設(shè)計、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實驗裝置（又稱“人造太陽”）已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是（）
A．“人造太陽”的核反應(yīng)方程式是
B．“人造太陽”的核反應(yīng)方程式是
C．根據(jù)公式△E=△mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多
D．根據(jù)公式E=mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)釋放的能量相同

2．（07南京市金陵中學(xué)一模）在下列四個方程中，X1、X2、X3和X4各代表某種粒子，以下判斷中正確的是（）
A．X1是α粒子B．X2是質(zhì)子
C．X3是中子D．X4是電子

3．（07廣東省汕尾市調(diào)研測試）中子、質(zhì)子、氘核D的質(zhì)量分別為mn、mp、mD，現(xiàn)用光子能量為E的γ射線照射靜止氘核，使之分解，用核符號寫出上述核反應(yīng)方程，若分解后的中子、質(zhì)子的動能相等，則中子的動能是多少？
答案：1．AC、2．D、3．γ+→+；
［(mD－mp－mn)c2+E］。

《§22-5 核反應(yīng) 核能》 教學(xué)設(shè)計

每個老師需要在上課前弄好自己的教案課件，到寫教案課件的時候了。教案課件工作計劃寫好了之后，才能使接下來的工作更加有序！你們到底知道多少優(yōu)秀的教案課件呢？下面是小編幫大家編輯的《《§22-5 核反應(yīng) 核能》 教學(xué)設(shè)計》，希望能對您有所幫助，請收藏。

《§22-5核反應(yīng)核能》教學(xué)設(shè)計

汽車區(qū)三中朱國君

教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)以教師講授為主，輔之于學(xué)生課堂練習(xí)。教學(xué)課件用以輔助教學(xué)、輔助學(xué)生學(xué)習(xí)之用。

讓學(xué)生理解智能方程，練習(xí)書寫反應(yīng)方程式。

教育目標(biāo)

一、知識目標(biāo)

1．知道原子核的人工轉(zhuǎn)變及核反應(yīng)的概念和規(guī)律。

2．理解核能的概念，知道核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損。

3．知道愛因斯坦的質(zhì)能方程，理解質(zhì)量與能量的關(guān)系。

4.會根據(jù)質(zhì)能方程和質(zhì)量虧損計算核反應(yīng)中釋放的核能。

二、能力目標(biāo)

1.通過質(zhì)疑、釋疑的思維過程，提高分析探究問題的能力

2.學(xué)習(xí)歸納、推理、遷移的科學(xué)方法

三、德育目標(biāo)

認(rèn)識開發(fā)和利用核能對解決人類能源危機(jī)的重要意義。

教學(xué)重、難點

教學(xué)重點

1.核反應(yīng)中的人工轉(zhuǎn)變及核反應(yīng)方程；

2.核能的概念.愛因斯坦的質(zhì)能方程；計算核能。

教學(xué)難點

質(zhì)量虧損及愛因斯坦的質(zhì)能方程的理解，計算核能。

教學(xué)方法

本節(jié)以教師講授為主，輔之于學(xué)生課堂練習(xí)。教學(xué)課件用以輔助教學(xué)、輔助學(xué)生學(xué)習(xí)之用。

從核能的利用（核電站）引入課程，指出“核能是人類最終解決能源問題的希望”引發(fā)學(xué)生的興趣。用盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應(yīng)(1919年)引出原子核可以實現(xiàn)人工轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。在了解原子核自發(fā)和人工轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)上，介紹核反應(yīng)的一般概念，并注意讓學(xué)生了解核反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒的規(guī)律。

學(xué)生都知道在核反應(yīng)中會伴隨著巨大的能量，那么能量從何而來哪？引出核能的概念。在核能的教學(xué)中應(yīng)注意“一定的質(zhì)量m和一定的能量mc2相對應(yīng)”的觀點，還應(yīng)讓學(xué)生注意，原子核在變化時，其變化前后的總質(zhì)量是不同的，這種質(zhì)量差異對應(yīng)的就是核反應(yīng)中所吸收或放出的能量.還應(yīng)注意向?qū)W生說明。

從核能的計算中強(qiáng)調(diào)要注意單位的換算，如原子質(zhì)量單位和千克的關(guān)系，焦耳和電子伏的關(guān)系。

教學(xué)過程

○問題情景呈現(xiàn)，導(dǎo)入新課

1：能源是可持續(xù)發(fā)展問題中的一個重要主題。

大亞灣核電站外觀圖。

介紹數(shù)據(jù)：1kg鈾235燃燒釋放出的原子核能相當(dāng)于2500噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒時放出的熱量，只需幾千克鈾235就足夠長春市24小時的耗能供應(yīng)。

課題名稱：五、核反應(yīng)核能

○新課教學(xué)

〈一〉核反應(yīng)

請同學(xué)們閱讀教材，然后回答以下問題。投影簡答題組。

⑴什么是核反應(yīng)？為什么說原子核的人工轉(zhuǎn)變是核反應(yīng)的一種？你還知道哪些核反應(yīng)？

⑵如何用核反應(yīng)方程表示核反應(yīng)過程？在核反應(yīng)中遵循哪些規(guī)律？

⑶試比較說明核反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)區(qū)別。

生：閱讀有關(guān)內(nèi)容后，先獨立思考，然后抽查學(xué)生回答問題，互相評價，教師傾聽。點拔強(qiáng)調(diào)如下：

核反應(yīng)是一種客觀變化，原子核在其他粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程稱為核反應(yīng)。它遵守電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)守恒兩條規(guī)律。核反應(yīng)方程是對核反應(yīng)過程的抽象表達(dá)。

核反應(yīng)是原子核的變化，結(jié)果是產(chǎn)生了新的元素；而化學(xué)反應(yīng)且是原子的重組，原子外層電子的得失，結(jié)果是生成了新的分子，并無新元素的產(chǎn)生。

盧瑟福在1919年，首先發(fā)現(xiàn)質(zhì)子，第一次實現(xiàn)了原子核的人工轉(zhuǎn)變。

在原子核的轉(zhuǎn)變中，遵守哪些規(guī)律？如此巨大的核能是從哪里來的呢？這是我們在本節(jié)課將要學(xué)習(xí)和探究的新問題。

完成核反應(yīng)方程：

查德威克（英）在1832年發(fā)現(xiàn)“中子”的核反應(yīng)方程。

剛才我們研究了核反應(yīng)中生成新元素和粒子的確定方法及表達(dá)形式，下面，我們從能量的角度來分析核反應(yīng)現(xiàn)象。

二核能的釋放及計算

1.核能——核反應(yīng)中釋放的能量。核能是從哪里來的？

學(xué)生閱讀教材后，獨立思考上述問題，教師傾聽、詢問、了解學(xué)生提出的各種疑問，然后啟發(fā)講解，投影如下內(nèi)容：

愛因斯坦質(zhì)能方程：E=mc2中，E表示物體的能量，m表示物體的質(zhì)量，c表示真空中的光速。

在國際單位制中，E、m、c的單位分別取J、kg和m/s。

計算：1㎏物體對應(yīng)多少能量？

這一能量相當(dāng)于一個100萬Kw的發(fā)電廠三年的發(fā)電量!

可見，物體所包含（或具有）的能量是非常巨大的。對此，愛因斯坦說過：“把任何慣性質(zhì)量理解為能量的一種貯藏，看來要自然得多。”

物體貯藏著巨大的能量是不容置疑的，但是如何使這樣巨大的能量釋放出來？從愛因斯坦質(zhì)能方程同樣可以得出，物體的能量變化ΔE與物體的質(zhì)量變化Δm的關(guān)系．

?E=?mc2

?m—質(zhì)量虧損：如果在一個核反應(yīng)中，反應(yīng)前原子核的總質(zhì)量m1大于反應(yīng)后原子核的總質(zhì)量m2，則?m=m1-m2稱為質(zhì)量虧損。

?E：表示與△m相當(dāng)?shù)哪芰?/p>

質(zhì)量數(shù)與質(zhì)量的區(qū)別

質(zhì)量數(shù)：一個原子質(zhì)量的為一個質(zhì)量數(shù)

一個原子質(zhì)量的的大小為1.6606×10-27，稱為

“原子質(zhì)量單位”，符號為u，即：1u=1.6606×10-27㎏

計算：1u的質(zhì)量相當(dāng)于________MeV的能量.(1MeV=106eV,1eV=1.6022×10-19J,c=2.9979×108m/s)

解:

例題：已知質(zhì)子的質(zhì)量為1.0067277u，中子的質(zhì)量為1.008665u．氘核的質(zhì)量為2.013553u，當(dāng)質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，

⑴寫出核反應(yīng)方程；

⑵質(zhì)量虧損；

⑶放出多少能量？

解：

⑴

⑵?m=1.007277u+1.008665u－2.013553u=0.002389u

⑶ΔE=0.002389×931.5MeV=2.22MeV

核能的計算步驟：

1、寫出正確的核反應(yīng)方程。

2、計算核反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損△m。

3、根據(jù)質(zhì)能方程△E=△m·c2，計算核能。

練習(xí)題

氫原子的質(zhì)量為1.007825u，中子的質(zhì)量為1.008665u，它們結(jié)合成碳12，若已知碳核的質(zhì)量為12.0000000u；該核反應(yīng)會放出__________MeV的能量。

答：92.163MeV

小結(jié)

核反應(yīng)

核能

原子核的人工轉(zhuǎn)變

發(fā)現(xiàn)質(zhì)子

發(fā)現(xiàn)中子

核反應(yīng)的規(guī)律

質(zhì)量數(shù)守恒

電荷數(shù)守恒

質(zhì)能方程

E=mc2

?E=?mc2

質(zhì)量虧損——

?m=m1-m2

注意的幾個問題：

①質(zhì)量數(shù)不是質(zhì)量

②記住以下單位換算關(guān)系

1MeV=106eV

1eV=1.6022×10-19J

1u（原子質(zhì)量單位）=1.6606×10-27kg

③1u相當(dāng)于931.5MeV的能量，這是計算核能經(jīng)常用到的關(guān)系。

教學(xué)反饋

課后思考：核能的和平利用。

閱讀小材料《中國核電站》

作業(yè)：附后面

附:

§22-5核反應(yīng)核能作業(yè)

一、選擇題

1．關(guān)于核能，下列說法中正確的有[]

A．核子結(jié)合成原子核時，需吸收的能量

B．核子結(jié)合成原子核時，能放出的能量

C．不同的核子結(jié)合成原子核時，所需吸收的能量相同

D．使一個氘核分解成一個中子和一個質(zhì)子時，吸收的能量是一個恒定值

2．質(zhì)子的質(zhì)量mp，中子的質(zhì)量為mn，它們結(jié)合成質(zhì)量為m的氘核，放出的能量應(yīng)為[]

A．（mp+mn-m）C2B．（mp+mn）c2C．mc2D．(m-mp)c2

3．關(guān)于原子核的能，下面說法正確的是[]

A．使原子核分解成粒子時放出的能量

B．核子結(jié)合成原子時需要供給的能量

C．核子結(jié)合成原子核時吸收的能量或原子核分解為核子時放出的能量

D．核子結(jié)合成原子核時放出的能量或原子核分解為核子時吸收的能量

4．在計算核子和原子核的質(zhì)量時，以u為單位比較方便，關(guān)于u下列說法中正確的是[]

A．1u≈1.66×10-27kg

C．1u相當(dāng)于931.5MeV能量

D．u表示一個核子的質(zhì)量

5．關(guān)于愛因斯坦質(zhì)能方程的下列看法中正確的是[]

A．E＝mc2中的E是物體以光速c運動的動能

B．E＝mc2是物體的核能

C．E=mc2是物體各種形式能的總稱

D．由△E=△mc2，在核反應(yīng)中，虧損的質(zhì)量△m轉(zhuǎn)化成能量△E放出

E．△E=△mc2表明在核反應(yīng)中虧損的靜質(zhì)量轉(zhuǎn)化為動質(zhì)量，被放出的能量帶走。

二、填空題

6．已知氫原子的質(zhì)量為1.007825u，中子的質(zhì)量為1.008665u，它們結(jié)合成碳，碳核的質(zhì)量為12.000000u，放出的能量為____________________MeV。

7．一個α粒子轟擊硼核，生成碳14，并放出0.75MeV的能量。其核反應(yīng)方程是_________

_________________________，反應(yīng)中質(zhì)量虧損是___________________________㎏。

8．正負(fù)電子對撞后，轉(zhuǎn)化為兩個光子的總能量是_______電子伏。（正負(fù)電子質(zhì)量m=0.91×10-30kg，光子的靜止質(zhì)量為零）

答案

一、選擇題

1．BD2．A3．D4．ABC5．CE

二、填空題

6．92．163MeV7．；1．33×10-30

8．1.02×106

高三物理教案：《核反應(yīng)》教學(xué)設(shè)計

一般給學(xué)生們上課之前，老師就早早地準(zhǔn)備好了教案課件，大家都在十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南虢贪刚n件。寫好教案課件工作計劃，接下來的工作才會更順利！有沒有出色的范文是關(guān)于教案課件的？小編為此仔細(xì)地整理了以下內(nèi)容《高三物理教案：《核反應(yīng)》教學(xué)設(shè)計》，僅供參考，歡迎大家閱讀。

本文題目：高三物理教案：核反應(yīng)

一、知識點梳理

1、 核反應(yīng)

在核物理學(xué)中，原子核在其它粒子的轟擊下產(chǎn)生新原子核的過程，稱為核反應(yīng).

典型的原子核人工轉(zhuǎn)變：

N+ He O+ H 質(zhì)子 H的發(fā)現(xiàn)方程 盧瑟福

Be+ He C+ n 中子 n的發(fā)現(xiàn)方程 查德威克

2、 核能

(1)核反應(yīng)中放出的能量稱為核能

(2)質(zhì)量虧損：原子核的質(zhì)量小于組成它的核子質(zhì)量之和.質(zhì)量虧損.

(3)質(zhì)能方程： 質(zhì)能關(guān)系為E=mc2

原子核的結(jié)合能ΔE=Δmc2

3、 裂變

把重核分裂成質(zhì)量較小的核，釋放出的核能的反應(yīng)，叫裂變

典型的裂變反應(yīng)是：

U+ n　 Sr+ Xe+10 n

4.輕核的聚變

把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出的核能的反應(yīng)叫輕核的聚變.聚變反應(yīng)釋放能量較多，典型的輕核聚變?yōu)椋?/p>

H+ H He+ n

5.鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

一個重核吸收一個中子后發(fā)生裂變時，分裂成兩個中等質(zhì)量核，同時釋放若干個中子，如果這些中子再引起其它重核的裂變，就可以使這種裂變反應(yīng)不斷的進(jìn)行下去，這種反應(yīng)叫重核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

二、典型例題

例1.雷蒙德?戴維斯因研究來自太陽的電子中微子(v。)而獲得了2002年度諾貝爾物理學(xué)獎.他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶.電子中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氫核，其核反應(yīng)方程式為

νe+3717Cl→3718Ar十 0-1e

已知3717Cl核的質(zhì)量為36.95658 u，3718Ar核的質(zhì)量為36.95691 u， 0-1e的質(zhì)量為0.00055 u，1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5MeV.根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以判斷參與上述反應(yīng)的電子中微子的最小能量為

(A)0.82 Me V (B)0.31 MeV (C)1.33 MeV (D)0.51 MeV

[解析]由題意可得：電子中微子的能量E =mc2-(mAr+me-mCl)?931.5MeV

=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV

=0.82MeV

則電子中微子的最小能量為 Emin=0.82MeV

[點評] 應(yīng)用愛因斯坦質(zhì)能方程時，注意單位的使用。當(dāng) 用kg單位，c用m/s時，

單位是J，也可像本題利用1 u質(zhì)量對應(yīng)的能量為931.5MeV.

例2、質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時，發(fā)出γ射線，已知普朗克恒量為h，真空中光速為c，則γ射線的頻率υ= ______ .

[解析] 核反應(yīng)中釋放的能量ΔE=Δmc2以釋放光子的形式釋放出來，由于光子的能量為hυ，依能量守恒定律可知：hυ=Δmc2據(jù)此便可求出光子的頻率。

質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核： H+ n H+γ這個核反應(yīng)的質(zhì)量虧損為：

Δm=m1+m2-m3

根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程 ΔE=Δmc2

此核反應(yīng)放出的能量 ΔE=(m1+m2-m)c2

以γ射線形式放出，由E=hυ

υ=

[點評] 此題考查計算質(zhì)量虧損，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程確定核能.關(guān)鍵是對質(zhì)量虧損的理解和確定.

例3、如圖所示，有界勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，區(qū)域足夠大，方向垂直于紙面向里，直角坐標(biāo)系xoy的y軸為磁場的左邊界，A為固定在x軸上的一個放射源，內(nèi)裝鐳核( )沿著與+x成 角方向釋放一個 粒子后衰變成氡核( )。 粒子在y軸上的N點沿 方向飛離磁場，N點到O點的距離為l，已知OA間距離為 ， 粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，氡核的質(zhì)量為 。

(1)寫出鐳核的衰變方程;(2)如果鐳核衰變時釋放的能量全部變?yōu)?粒子和氡核的動能求一個原來靜止的鐳核衰變時放出的能量。

[解析](1)鐳核衰變方程為：

(2)鐳核衰變放出 粒子和氡核，分別在磁場中做勻速圓周運動， 粒子射出 軸時被粒子接收器接收，設(shè) 粒子在磁場中的軌道半徑為R，其圓心位置如圖中 點，有

，則 ①

粒子在磁場中做勻速圓周運動，有 ，即 ，②

粒子的動能為

∴ 衰變過程中動量守恒 ，④

則氡核反沖的動能為 ⑤

∴ ⑥

[點評] 要熟練掌握核反應(yīng)方程，動量守恒定律，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運動規(guī)律的綜合運用。

例4. 核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個中子了。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0160u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u=1.66×10-27kg。

⑴寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程。

⑵試計算這個核反應(yīng)釋放出來的能量。

⑶若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質(zhì)量?

(一年按3.2×107s計算，光速c=3.00×108m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)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

(3)M=

= =23kg

例 5.眾所周知，地球圍繞著太陽做橢圓運動，陽光普照大地，萬物生長.根據(jù)學(xué)過的知識試論述說明隨著歲月的流逝，地球公轉(zhuǎn)的周期，日、地的平均距離及地球表面的溫度的變化趨勢.

[解析] 太陽內(nèi)部進(jìn)行著劇烈的熱核反應(yīng)，在反應(yīng)過程中向外釋放著巨大的能量，這些能量以光子形式放出.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系： ΔE=Δm?c2 ， 知太陽質(zhì)量在不斷減小.

地球繞太陽旋轉(zhuǎn)是靠太陽對地球的萬有引力來提供向心力 G =mω2R， 現(xiàn)因M減小，即提供的向心力減小，不能滿足所需的向心力，地球?qū)⒙蛲庾鲭x心運動，使軌道半徑變大，日地平均距離變大.

由上式可知，左邊的引力G 減小，半徑R增大，引起地球公轉(zhuǎn)的角速度變化，從而使公轉(zhuǎn)周期變化 G =m R，T2= ，即 T增大.

一方面，因太陽質(zhì)量變小，發(fā)光功率變小;另一方面，日地距離變大，引起輻射到地球表面的能量減小，導(dǎo)致地球表面溫度變低.

[點評] 該題集原子物理與力學(xué)為一體，立意新穎，將這一周而復(fù)始的自然用所學(xué)知識一步一步說明，是一道考查能力、體現(xiàn)素質(zhì)的好題.

三、過關(guān)測試

1、靜止在勻強(qiáng)磁場中的 U核，發(fā)生。衰變后生成Th核，衰變后的 粒子速度方向垂直于磁場方向，則以下結(jié)論中正確的是( )

①衰變方程可表示為： U Th+ He

②衰變后的Th核和 粒子的軌跡是兩個內(nèi)切圓，軌道半徑之比為1:45

③Th核和 粒子的動能之比為2:17

④若 粒子轉(zhuǎn)了117圈，則Th核轉(zhuǎn)了90圈

A.①③ B.②④ C①② D.③④

2.下列核反應(yīng)或核衰變方程中，符號“X”表示中子的是

(A) (B)

(C) (D)

3.下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和原子核的說法正確的是( )

A 盧瑟福在 粒子散射實驗的基礎(chǔ)上提出了原子的核式結(jié)構(gòu)

B 天然放射性元素在衰變過程中電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，其放射線在磁場中不偏轉(zhuǎn)的是 射線

C 據(jù)圖15.3-3可知，原子核A裂變變成原子核B和C要放出核能

D 據(jù)圖15.3-3可知，原子核D和E聚變成原子核F要吸收核能

4.當(dāng)兩個中子和兩個質(zhì)子結(jié)合成一個 粒子時，放出28.30MeV的能量，當(dāng)三個 粒子結(jié)合成一個碳核時，放出7.26MeV的能量，則當(dāng)6個中子和6個質(zhì)子結(jié)合成一個碳核時，釋放的能量約為( )

A 21.04MeV B 35.56MeV C 77.64MeV D 92.16MeV

5.下列說法正確的是

A、太陽輻射的能量主要來自太陽內(nèi)部的裂變反應(yīng)

B、盧瑟福的a粒子散射實驗可以估算原子核的大小

C、玻爾理論是依據(jù)a粒子散射實驗分析得出的

D、氫原子核外電子從半徑較小的軌道躍遷到半徑較大的軌道時，電子的動能減小，電勢能增大，總能量增大

6.中微子失蹤之迷是一直困擾著科學(xué)家的問題。原來中微子在離子開太陽向地球運動的過程中，發(fā)生“中微子振蕩”，轉(zhuǎn)化為一個 子和一個 子?？茖W(xué)家通過對中微子觀察和理論分析，終于弄清了中微子失蹤的原因，成為“2001年世界十大科技突破”之一。若中微子在運動中只轉(zhuǎn)化為一個 子和一個 子，并已知 子的運動方向與中微子原來的方向一致，則 子的運動方向( )

A 一定與中微子方向一致 B一定與中微子方向相反 C 可能與中微子方向不在同一直線上 D 只能中微子方向在同一直線上

7.在一定條件下，讓質(zhì)子獲得足夠大的速度，當(dāng)兩個質(zhì)子p以相等的速率對心正碰，將發(fā)生下列反應(yīng)：P+P→P+P+P+ 其中 是P反質(zhì)子(反質(zhì)子與質(zhì)子質(zhì)量相等，均為mp，且?guī)б粋€單位負(fù)電荷)，則以下關(guān)于該反應(yīng)的說法正確的是

A.反應(yīng)前后系統(tǒng)總動量皆為0

B.反應(yīng)過程系統(tǒng)能量守恒

C.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)前每個質(zhì)子的能量最小為2mpc2：

D.根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程可知，反應(yīng)后單個質(zhì)子的能量可能小于mpc286.用 粒8.子轟擊鈹核( Be)，生成一個碳核( C)和一個粒子，則該粒子 ( )

(A)帶正電，能在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)

(B)在任意方向的磁場中都不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)

(C)電離本領(lǐng)特別強(qiáng)，是原子核的組成部分之一

(D)用來轟擊鈾235可引起鈾榱的裂變

9.假設(shè)钚的同位素離子 Pu靜止在勻強(qiáng)磁場中，設(shè)離子沿與磁場垂直的方向放出 粒子后，變成鈾的一個同位素離子，同時放出能量為E=0.09Mev的光子。(1)試寫出這一核反應(yīng)過程的方程式。(2)光子的波長為多少?(3)若不計光子的動量，則鈾核與 粒子在勻強(qiáng)磁場中的回旋半徑之比是多少?

10.如下圖所示，一個有界的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.50T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界。在磁場中A處放一個放射源，內(nèi)裝 (鐳)， 放出某種射線后衰變成Rn(氡)。試寫出： 衰變的方程，若A距磁場的左邊界MN的距離OA=1.0m，放在MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，此時接收器位置距經(jīng)過OA的直線1.0m，由此可以推斷出一個靜止鐳核Ra衰變時放出的能量是多少?保留兩位有效數(shù)字(取1u=1.6×10-27kg，電子電量e=1.6×10-19c)

11.自然界中的物體由于具有一定的溫度，會不斷地向外輻射電磁波，這種輻射因與溫度有關(guān)，稱為熱輻射。熱輻射具有如下特點：(1)輻射的能量中包含各種波長的電磁波;(2)物體溫度越高，單位時間內(nèi)從物體表面單位面積上輻射的能量越大;(3)在輻射的總能量中，各種波長所占的百分比不同。

處在一定溫度的物體在向外輻射電磁能量的同時，也要吸收由其他物體輻射的電磁能量，如果它處在平衡狀態(tài)，則能量保持不變。若不考慮物體表面性質(zhì)對輻射與吸收的影響，我們定義一種理想的物體，它能100%地吸收入射到其表面的電磁輻射，這樣的物體稱為黑體。單位時間內(nèi)從黑體表面單位面積輻射的電磁波的總能量與黑體絕對溫度的四次方成正比，即P0=σT4，其中常量σ=5 .67×10-8W/(m?K4)

在下面的問題中，把研究對象都簡單地看作黑體。

有關(guān)數(shù)據(jù)及數(shù)學(xué)公式：太陽半徑Rs = 696000Km，太陽表面溫度T = 5770K，火星半徑r = 3395Km。已知球面積S = 4πR2，其中R為球半徑。

(1) 太陽熱輻射能量的絕大多數(shù)集中在波長為2×10-7～1×10-5m范圍內(nèi)，求相應(yīng)的頻率范圍。

(2) 每小時從太陽表面輻射的總能量為多少?

(3) 火星受到來自太陽的輻射可認(rèn)為垂直到面積為πr2(r為火星半徑)的圓盤上。已知太陽到火星的距離約為太陽半徑的400倍，忽略其他天體及宇宙空間的輻射，試估算火星的平均溫度。

12.核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源。近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站。一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個中子了。若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0160u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u，1u=1.66×10-27kg。

⑴寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程。

⑵試計算這個核反應(yīng)釋放出來的能量。

⑶若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半變成了電能，每年要消耗多少氘的質(zhì)量?

(一年按3.2×107s計算，光速c=3.00×108m/s，結(jié)果取二位有效數(shù)字)

高三物理教案：核反應(yīng)參考答案

1.D

2.AC

3.ABC

4. D

5.BD

6. D

7. A

8. BCD

10. 2.0×10-12j

11.3×103~1.5×1015Hz、1.38×1030J,204K

12. ⑴略 ⑵2.8×10-12J ⑶23kg