高三物理048.doc

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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

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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2.0×10-15m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0.8×10-15m，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γ光子形式辐射能量。γ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
①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：。
②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=0.528×10-10m，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=9.0×109N·m2/c2，电子电量e=1.60×10-19c，普朗克恒量h=6.63×10-34J·s，真空中光速C=3.0×108m/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
1.03×10-7m的结论。
例3.某原子核发生一次α衰变和一次β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1 D．质子数减少5个,核电荷 数减少2个
解：α衰变即原子核放出氦核( 42He)含有两个质子两个中子.β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10n→11H＋0-1e.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=2×2.0136u-(3.0150u+1.0087u)=0.0035u
由爱因斯坦质能方程得释放核能△E=△mc2=0.0035uc2=0.0035×931.5MeV=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

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