2017-2018學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 第7、8節(jié) 核聚變 粒子和宇宙教學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 第7、8節(jié) 核聚變__粒子和宇宙 1．兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫聚變。 2．約束核聚變材料的方法：磁約束和慣性約束。 3．粒子分為三大類，有媒介子、輕子、強子。美國物理學(xué)家蓋爾曼提出，強子是由夸克構(gòu)成的。 一、核聚變 1．定義 兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的反應(yīng)。 2．條件 (1)輕核的距離要達到10－15_m以內(nèi)。 (2)聚變可以通過高溫來實現(xiàn)，因此又叫熱核反應(yīng)。 3．核反應(yīng)舉例 (1)熱核反應(yīng)主要應(yīng)用在核武器上，如氫彈。 (2)熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆。 (3)典型的核聚變：一

2、個氘核和一個氚核的聚變， H＋H→He＋n＋γ 該反應(yīng)平均每個核子放出的能量比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量大3～4倍。 4．聚變與裂變相比有很多優(yōu)點 (1)輕核聚變產(chǎn)能效率高。 (2)地球上聚變?nèi)剂系膬α控S富。 (3)輕核聚變更為安全、清潔。 5．實現(xiàn)核聚變的方法 (1)難點：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬開爾文的高溫。 (2)方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束，環(huán)流器是目前性能最好的一種磁約束裝置。 二、粒子和宇宙 1．“基本粒子”不基本 (1)19世紀(jì)末，人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。 (2)后來認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)

3、的不可再分的最基本的粒子，并稱為“基本粒子”。 隨著科學(xué)的進一步發(fā)展，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計的不同種類的新粒子，它們都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的，另外又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。所以，從20世紀(jì)后半期起，就將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。 2．發(fā)現(xiàn)新粒子與夸克模型 (1)反粒子 實驗中發(fā)現(xiàn)，對應(yīng)著許多粒子都存在質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反的粒子，這些粒子叫做反粒子。例如，電子的反粒子就是正電子。 (2)粒子的分類 按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，可將粒子分為三大類： ①強子：參與強相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的

4、強子。 ②輕子：不參與強相互作用的粒子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子。 ③媒介子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子、中間玻色子、膠子。 (3)夸克模型的提出 1964年提出的夸克模型，認(rèn)為強子是由更基本的夸克組成的。 3．宇宙及恒星的演化 (1)宇宙演化 根據(jù)大爆炸理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時期。在大爆炸之后逐漸形成了夸克、輕子和膠子等粒子，隨后經(jīng)過強子時代、輕子時代、核合成時代。繼續(xù)冷卻，質(zhì)子、電子、原子等與光子分離而逐步組成恒星和星系。 (2)恒星的演化 ①恒星的形成：大爆炸后，在萬有引力作用下形成星云團，進一步凝聚使引力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，溫度升高，直到發(fā)光，于是

5、恒星誕生了。 ②恒星演變：核聚變反應(yīng)，層級遞進地在恒星內(nèi)發(fā)生，直到各種熱核反應(yīng)不再發(fā)生時，恒星的中心密度達到極大。 ③恒星歸宿：恒星最后的歸宿有三種，它們是白矮星、中子星、黑洞。 1．自主思考——判一判 (1)核聚變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量比裂變時小一些。(×) (2)輕核的聚變只要達到臨界質(zhì)量就可以發(fā)生。(×) (3)現(xiàn)在地球上消耗的能量絕大部分來自太陽內(nèi)部的聚變反應(yīng)。(√) (4)質(zhì)子、中子、電子都是不可再分的基本粒子。(×) (5)質(zhì)子和反質(zhì)子的電量相同，電性相反。(√) (6)按照夸克模型，電子所帶電荷不再是電荷的最小單元。(√) 2．合作探究——議一議

6、(1)核聚變?yōu)槭裁葱枰獛装偃f開爾文的高溫？ 提示：要使輕核發(fā)生聚變就必須使它們間的距離達到核力發(fā)生作用的距離，而核力是短程力，作用距離在10－15 m，在這個距離上時，質(zhì)子間的庫侖斥力非常大，為了克服庫侖斥力就需要原子核具有非常大的動能才會撞到一起， 當(dāng)溫度達到幾百萬開爾文時，原子核就可以具有這樣大的動能。 (2)受控核聚變中磁約束的原理是什么？ 提示：原子核帶有正電，垂直磁場方向射入磁場后在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，繞著一個中心不斷旋轉(zhuǎn)而不飛散開，達到約束原子核的作用。 (3)為什么說基本粒子不基本？ 提示：一方面是因為這些原來被認(rèn)為不可再分的粒子還有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，另一方面

7、是因為新發(fā)現(xiàn)的很多種新粒子都不是由原來認(rèn)為的那些基本粒子組成的。 對核聚變的理解及應(yīng)用 1．聚變發(fā)生的條件 要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15 m，這要克服電荷間強大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動能。要使原子核具有足夠大的動能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達到幾百萬開爾文的高溫。 2．輕核聚變是放能反應(yīng) 從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個放能反應(yīng)。 3．核聚變的特點 (1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。 (2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進行下

8、去。 (3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應(yīng)堆。 4．核聚變的應(yīng)用 (1)核武器——氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。 (2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。 5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 重核裂變 輕核聚變 放能原理 重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核，放出核能 兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能 放能多少 聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個核子放出的能量要大3～4倍 核廢料處理難度 聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多 原料的蘊藏量 核裂變?nèi)剂镶櫾诘?/p>

9、球上儲量有限，尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的儲量非常豐富，1 L海水中大約有0.03 g氘，如果用來進行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300 L汽油相當(dāng) 可控性 速度比較容易進行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能 目前，除氫彈以外，人們還不能控制它 [典例]　 太陽的能量來自下面的反應(yīng)：四個質(zhì)子(氫核)聚變成一個α粒子，同時發(fā)射兩個正電子，若太陽輻射能量的總功率為P，質(zhì)子H、氦核He、正電子e的質(zhì)量分別為mp、mα、me，真空中的光速為c，求： (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)核反應(yīng)所釋放的能量ΔE； (3)1 s內(nèi)參

10、與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目。 [思路點撥]　 (1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程。 (2)由愛因斯坦質(zhì)能方程求解釋放的能量。 (3)由功率的定義求1 s內(nèi)參與反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)。 [解析]　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得核反應(yīng)方程為4H→He＋2e。 (2)質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα－2me，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程：ΔE＝Δmc2，核反應(yīng)釋放的能量，ΔE＝(4mp－mα－2me)c2。 (3)設(shè)單位時間內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為N，依據(jù)能量關(guān)系 P＝，有N＝。 [答案]　(1)4H→He＋2e　(2)(4mp－mα－2me)c2　(3) 輕核聚變釋放核能的計算方

11、法 1．根據(jù)質(zhì)量虧損計算。 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2?！、? 2．根據(jù)1個原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV， 即ΔE＝Δm×931.5 MeV。?、? 注意：式①中Δm的單位為kg；式②中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV。　 　　　 1．(多選)科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正

12、確的有(　　) A．X是中子 B．Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6 C．兩個核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損 D．氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) 解析：選AD　核反應(yīng)方程遵守核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，則由H＋H→He＋X＋17.6 MeV知X為n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y為Li，其中Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)也是3，選項A正確，選項B錯誤。兩個核反應(yīng)都釋放出核能，故都有質(zhì)量虧損，選項C錯誤。X＋Y→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工轉(zhuǎn)變，H＋H→He＋n＋17.6 MeV為輕核聚變，選項D正確。 2．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：H＋H―→He＋x，式中x是某種

13、粒子。已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是________，該反應(yīng)釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是n(中子)。核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝(2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u)＝0.018 9 u，所以該反應(yīng)釋放出的能量為 ΔE＝Δm·c2＝17.6 MeV。 答案：n(或中子)　17.6 新粒子的發(fā)現(xiàn)和夸克模型 1．新粒

14、子的發(fā)現(xiàn)及特點 發(fā)現(xiàn)時間 1932年 1937年 1947年 20世紀(jì)60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子與π介子 超子 基本特點 質(zhì)量與相對應(yīng)的粒子相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反 比質(zhì)子的質(zhì)量小 質(zhì)量介于電子與核子之間 其質(zhì)量比質(zhì)子大 2．粒子的分類 分類 參與的相互作用 發(fā)現(xiàn)的粒子 備注 強子 參與強相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強子又可分為介子和重子 輕子 不參與強相互作用 電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子 未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 媒介子 傳遞各種相互作用 光子、中間玻

15、色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強相互作用 3．夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強子的夸克模型，認(rèn)為強子是由夸克構(gòu)成的。 (2)夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。 (3)夸克所帶電荷：夸克所帶的電荷量是分?jǐn)?shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的－或＋。 例如，上夸克帶的電荷量為＋，下夸克帶的電荷量為－。 (4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷。 1．根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是(　

16、　) A．夸克、輕子、膠子等粒子 B．質(zhì)子和中子等強子 C．光子、中微子和電子等輕子 D．氫核、氘核、氦核等輕核 解析：選A　宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強子時代，再之后是自由光子、中微子、電子大量存在的輕子時代，再之后是中子和質(zhì)子組合成氘核，并形成氦核的核合成時代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D錯誤。 2．(多選)已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷。 粒子 π＋ π－ u d 帶電荷量

17、＋e －e ＋ － － ＋ 下列說法正確的是(　　) A．π＋由u和組成　　 B．π＋由d和組成 C．π－由u和組成 D．π－由d和組成 解析：選AD　因π＋介子帶有＋e的電荷量，且是由一個夸克和一個反夸克組成的，則夸克u帶＋e和反夸克帶＋e合成電荷量為＋e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克組成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克組成，所以A、D正確。 3．在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實驗中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個由大水槽和探測器組成的實驗系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實了中微子的存在。 (1)

18、中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(n)和正電子(e)，即：中微子＋H→n＋e，可以判定中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________。(填寫選項前的字母) A．0和0 B．0和1 C．1和0 D．1和1 (2)上述核反應(yīng)產(chǎn)生的正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子(γ)，即e＋e→2γ，已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31 kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個光子的能量約為________J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是____________________________________________________________

19、____________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)發(fā)生核反應(yīng)前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)都是0，選項A正確。 (2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱?，則E＝Δmc2，故一個光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得＝8.2×10－14 J。正電子與水中的電子相遇，與電子形成幾乎靜止的整體，故系統(tǒng)總動量為零，故只有產(chǎn)生2個光子，此過程才遵循動量守恒定律。 答案：見解析 1．關(guān)于粒子，下列說法

20、正確的是(　　) A．電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子 B．強子都是帶電的粒子 C．夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論 D．夸克模型說明電子不再是電荷的最小單位 解析：選D　由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，不同夸克構(gòu)成強子，有的強子帶電，有的強子不帶電，故A、B錯誤；夸克模型是研究強子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，分別為＋e和－e，說明電子電荷不再是電荷的最小單位，故C錯誤，D正確。 2．20世紀(jì)30年代以來，人們在對宇宙射線的研究中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子，K介子和π介子就是科學(xué)家在1947年發(fā)現(xiàn)的。K－介子的衰變方程為K－→π0＋π－，

21、其中K－介子和π－介子帶負(fù)電，電荷量等于元電荷的電荷量，π0 介子不帶電。如圖所示，一個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中，其軌跡為圖中的圓弧虛線，K－介子衰變后，π0介子和π－介子的軌跡可能是(　　) 解析：選A　π0介子不帶電，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，π－介子帶負(fù)電，在磁場中洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，再根據(jù)動量守恒判定知A正確。 3．(多選)關(guān)于輕核聚變，下列說法正確的是(　　) A．兩個輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時要吸收能量 B．同樣質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生聚變時放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時釋放的能量大很多 C．聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達到臨界體積 D．發(fā)生聚變反應(yīng)時的

22、原子核必須有足夠大的動能 解析：選BD　根據(jù)比結(jié)合能圖線可知，聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)中會釋放能量，故A錯誤；聚變反應(yīng)中平均每個核子放出的能量比裂變反應(yīng)中每個核子放出的能量大3～4倍，故B正確；裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達到臨界體積，而聚變反應(yīng)時，要使輕核之間的距離達到10－15 m以內(nèi)，這需要原子核有很大的動能才可以實現(xiàn)聚變反應(yīng)，故C錯誤，D正確。 4．(多選)下列說法正確的是(　　) A.N＋H→C＋He是α衰變方程 B.H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)方程 C.U→Th＋He是核裂變反應(yīng)方程 D.He＋Al→P＋n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 解析：選BD　衰變是在沒有粒

23、子轟擊的情況下，原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子的反應(yīng)，N在質(zhì)子的轟擊下發(fā)生的核反應(yīng)屬于人工轉(zhuǎn)變，A錯；H＋H―→He＋γ是兩個質(zhì)量較輕的核結(jié)合成了質(zhì)量較重的核，是核聚變反應(yīng)，B對；U→Th＋He是α衰變，裂變必須形成兩個中等質(zhì)量的核，C錯；用α粒子去轟擊原子核，產(chǎn)生新原子核并放出一個粒子，這是原子核的人工轉(zhuǎn)變，D對。 5．(多選)下列關(guān)于聚變的說法中，正確的是(　　) A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服核力做功 B．輕核聚變需要幾百萬開爾文的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng) C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬開爾文的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng) D．太陽和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進行著熱核反應(yīng)

24、解析：選BCD　輕核聚變時，要使輕核之間距離達到10－15 m，所以必須克服庫侖斥力做功，達到核力作用的范圍，A錯誤；原子核必須有足夠的動能，才能使它們接近到核力能發(fā)生作用的范圍，實驗證實，原子核必須處在幾百萬開爾文的高溫下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，故B、C正確；在太陽和其他恒星內(nèi)部都存在著熱核反應(yīng)，D正確。 6．恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達到108 K時，可以發(fā)生“氦燃燒”。 (1)完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：He＋________→Be＋γ。 (2)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s。一定質(zhì)量的Be，經(jīng)7.8

25、×10－16s后所剩Be占開始時的________。 解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知He＋He→Be＋γ。 (2)經(jīng)歷半衰期的次數(shù)n＝＝＝3，故剩余的占開始時的3＝。 答案：(1)He(或α)　(2)(或12.5%) 7．正電子是電子的反粒子，它跟普通電子的電量相等，而電性相反，科學(xué)家設(shè)想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)——反物質(zhì)。1997年初和年底，歐洲和美國的科學(xué)研究機構(gòu)先后宣布：他們分別制造出9個和7個反氫原子，這是人類探索反物質(zhì)的一大進步。你推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是(　　) A．由一個帶正電荷的質(zhì)子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 B．由一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一

26、個帶正電荷的電子構(gòu)成 C．由一個不帶電的中子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 D．由一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 解析：選B　反氫原子的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是反質(zhì)子與反電子組成，即一個帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個帶正電荷的電子構(gòu)成。 8．如下一系列核反應(yīng)是恒星內(nèi)部發(fā)生的。 p＋C→N　N―→C＋e＋＋ν p＋C→N　p＋N―→O O→N＋e＋＋ν　p＋N→C＋α 其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為一種中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 929×10－27 kg，正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31 kg，中微子的質(zhì)

27、量可忽略不計。真空中的光速c＝3.00×108 m/s，試計算該系列反應(yīng)完成后釋放的能量。 解析：為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項，系列反應(yīng)最終等效為 4p→α＋2e＋＋2ν 設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得 4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q 代入數(shù)值可得 Q＝3.95×10－12 J。 答案：3.95×10－12 J 9．有一種聚變反應(yīng)是四個氫核聚變成一個氦核，同時放出兩個正電子。求： (1)該聚變反應(yīng)釋放多少能量？ (2)若1 g氫完全聚變，能釋放多少能量？ (3)1 g氫完全聚變，釋放的能量相

28、當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的燃燒值q＝3.36×107 J/kg，氫核質(zhì)量為1.008 142 u，氦核質(zhì)量為4.001 509 u，電子的質(zhì)量為0.000 549 u) 解析：(1)核反應(yīng)方程為：4H→He＋2e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u ΔE＝Δmc2＝0.029 961 uc2＝0.029 961×931.5 MeV＝27.91 MeV＝4.47×10－12 J。 (2)1 g氫完全聚變釋放的能量為 E＝×6.02×1023×4.47×10－12 J＝6.73×1011 J。 (3)相當(dāng)于煤完全燃燒的質(zhì)量為： m＝ kg＝2.00×104 kg。 答案：(1)4.47×10－12 J　(2)6.73×1011 J (3)2.00×104 kg 11