【步步高】2014-2015學(xué)年高中物理 精講精練精析 第16點(diǎn) 聚變反應(yīng)的三大題型

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1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流 【步步高】2014-2015學(xué)年高中物理 精講精練精析 第16點(diǎn) 聚變反應(yīng)的三大題型 .....精品文檔...... 第16點(diǎn)　聚變反應(yīng)的三大題型舉例 一、認(rèn)識“核聚變” 對點(diǎn)例題1 (單選)下列核反應(yīng)方程中，表示核聚變過程的是(　　) A.P→Si＋01e　　　　　　　B.H＋H→He＋n C.C→N＋e D.U→Th＋He 解題指導(dǎo)　輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核叫聚變．此題關(guān)鍵在一個“聚”字，暗示變化之前應(yīng)至少有兩種核，四個選項(xiàng)中只有B符合要求． 答案　B 方法點(diǎn)評　掌握聚變的兩個特點(diǎn)：(1

2、)“聚”：反應(yīng)前至少有兩種核；(2)“輕”：“聚變”為“輕”核聚變，是兩個質(zhì)量數(shù)較小的原子核聚合在一起產(chǎn)生的核反應(yīng)，聚變反應(yīng)的“燃料”一般為氫(H)和氫的同位素——氘(H)、氚(H)． 二、聚變核能的計(jì)算 對點(diǎn)例題2 一個質(zhì)子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量mH＝1.007 3 u，中子質(zhì)量mn＝1.008 7 u，氚核質(zhì)量m＝3.018 0 u. (1)寫出聚變方程． (2)釋放出的核能多大？ (3)平均每個核子釋放的能量是多大？ 解題指導(dǎo)　(1)聚變方程為H＋2n→H (2)質(zhì)量虧損Δm＝mH＋2mn－m ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u＝

3、0.006 7 u 釋放的核能ΔE＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV (3)平均每個核子放出的能量為 MeV＝2.08 MeV 答案　(1)H＋2n→H　(2)6.24 MeV　(3)2.08 MeV 點(diǎn)撥提升　從數(shù)據(jù)上看本題中聚變釋放的能量并不很大，但如果考慮到輕核的摩爾質(zhì)量很小，可知聚變出1 kg氚核放出的核能遠(yuǎn)大于核裂變；因此，聚變能釋放出比重核裂變更多的能量(聚變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量比裂變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量大3～4倍)． 三、核聚變過程中動量和能量守恒 對點(diǎn)例題3 兩個氘核聚變產(chǎn)生一個中子和一個氦核(氦的同位素)．已知氘核質(zhì)量mD＝2.

4、013 6 u，氦核質(zhì)量mHe＝3.015 0 u，中子質(zhì)量mn＝1.008 7 u. (1)寫出聚變方程并計(jì)算出釋放的核能(已知1 u＝931.5 MeV)． (2)若反應(yīng)前兩氘核的動能均為EkD＝0.35 MeV.它們正面對撞發(fā)生聚變，且反應(yīng)后釋放的核能全部轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，則反應(yīng)產(chǎn)生的氦核和中子的動能各為多大？ 解題指導(dǎo)　(1)聚變的核反應(yīng)方程為 2H→He＋n 這個核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為 Δm＝2mD－(mHe＋mn) ＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7) u ＝0.003 5 u 釋放的核能為ΔE＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV

5、(2)把兩個氘核作為一個系統(tǒng)，對撞過程中動量守恒．由于反應(yīng)前兩氘核動能相同，相向正碰，它們的動量等大反向，因此反應(yīng)前后系統(tǒng)的總動量恒為零，即0＝mHevHe＋mnvn① 又由于反應(yīng)前后總能量守恒，故反應(yīng)后氦核和中子的總動能為mHev＋mnv＝ΔE＋2EkD② 因?yàn)閙He∶mn＝3∶1，所以由①得氦核和中子的速率之比＝ 把這兩個關(guān)系代入②式得 ΔE＋2EkD＝4×mHev＝4EkHe 即(3.26＋2×0.35) MeV＝4EkHe 得氦核的動能和中子的動能分別為 EkHe＝×(3.26＋2×0.35) MeV＝0.99 MeV Ekn＝3EkHe＝2.97 MeV 答案　(1

6、)2H→He＋n　3.26 MeV　(2)0.99 MeV 2．97 MeV 易錯警示　該題常犯的錯誤在于運(yùn)用能量守恒定律解題時沒有將核反應(yīng)過程中與原子核質(zhì)量增減對應(yīng)的能量吸收考慮進(jìn)去，而認(rèn)為作用后的總動能等于作用前的總動能． 1．(雙選)“兩彈一星”可以說長了中國人的志氣，助了中國人的威風(fēng)．下列核反應(yīng)方程中屬于研究兩彈的基本核反應(yīng)方程的是(　　) A.7N＋He→8O＋H B.92U＋n→9038Sr＋54Xe＋10n C.92U→90Th＋He D.H＋H→He＋n 答案　BD 2．兩個動能均為1 MeV的氘核發(fā)生正面碰撞，引起如下反應(yīng)H＋H→H＋H. (1)此核反應(yīng)中

7、放出的能量ΔE為______________． (2)若放出的能量全部變?yōu)樾律说膭幽埽瑒t新生的氚核具有的動能是__________．(已知H的質(zhì)量為2.013 6 u，H的質(zhì)量為3.015 6 u，H的質(zhì)量為1.007 3 u) 答案　(1)4.005 MeV　(2)1.5 MeV 解析　(1)此核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損和放出的能量分別為： Δm＝(2×2.013 6－3.015 6－1.007 3) u＝0.004 3 u， ΔE＝Δmc2＝0.004 3×931.5 MeV≈4.005 MeV. (2)因碰前兩氘核動能相同，相向正碰，故碰前的總動量為零．因核反應(yīng)碰前動量守恒，故碰后質(zhì)子和氚核的總動量也為零．設(shè)其動量分別為p1、p2，必有p1＝－p2. 設(shè)碰后質(zhì)子和氚核的動能分別為Ek1和Ek2，質(zhì)量分別為m1和m2.則 ＝＝＝＝＝， 故新生的氚核具有的動能為 Ek2＝(ΔE＋2Ek0)＝×(4.005＋2) MeV ≈1.5 MeV.