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1、第17點　聚變反應的三大題型舉例 一、認識“核聚變” 對點例題1 下列核反應方程中，表示核聚變過程的是(　　) A.P→Si＋e B.H＋H→He＋n C.C→N＋e D.U→Th＋He 解題指導　輕核結合成質量較大的核叫聚變．此題關鍵在一個“聚”字，暗示變化之前應至少有兩種核，四個選項中只有B符合要求． 答案　B 方法點評　掌握聚變的兩個特點：(1)“聚”：反應前至少有兩種核；(2)“輕”：“聚變”為“輕”核聚變，是兩個質量數(shù)較小的原子核聚合在一起產(chǎn)生的核反應，聚變反應的“燃料”一般為氫(H)和氫的同位素——氘(H)、氚(H)． 二、聚變核能的計算 對點例題2 一

2、個質子和兩個中子聚變?yōu)橐粋€氚核，已知質子質量mH＝1.007 3 u，中子質量mn＝1.008 7 u，氚核質量m＝3.018 0 u，1 u相當于931.5 MeV. (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　(1)聚變方程為H＋2n→H (2)質量虧損Δm＝mH＋2mn－m ＝(1.007 3＋2×1.008 7－3.018 0) u＝0.006 7 u 釋放的核能ΔE＝0.006 7×931.5 MeV≈6.24 MeV (3)平均每個核子釋放的能量為 MeV＝2.08 MeV 答案　(1)H＋2n→H　(2)6.2

3、4 MeV　(3)2.08 MeV 點撥提升　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量很小，可知聚變出1 kg氚核放出的核能遠大于核裂變，因此，聚變能釋放出比重核裂變更多的能量(聚變反應中平均每個核子放出的能量比裂變反應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)．已知氘核質量mD＝2.013 6 u，氦核質量mHe＝3.015 0 u，中子質量mn＝1.008 7 u. (1)寫出聚變方程并計算出釋放的核能(已知1 u相當于931.5 MeV)； (2)若反應前兩氘核的

4、動能均為EkD＝0.35 MeV.它們正面對撞發(fā)生聚變，且反應后釋放的核能全部轉變?yōu)閯幽埽瑒t反應后產(chǎn)生的氦核和中子的動能各為多大？ 解題指導　(1)聚變的核反應方程為 2H→He＋n 這個核反應中的質量虧損為 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 (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，因此反應前后系統(tǒng)的總動量恒為零， 即0＝mHevHe＋mnvn① 又由于反應前后總能

5、量守恒，故反應后氦核和中子的總動能為mHev＋mnv＝ΔE＋2EkD② 因為mHe∶mn＝3∶1，所以由①得氦核和中子的速率之比＝把這兩個關系代入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)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用能量守恒定律解題時沒有將核反應過程中與原子核質量增減對應的能量考慮進去，而認為作

6、用后的總動能等于作用前的總動能． 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，間接地證實了中微子的存在． (1)中微子與水中的H發(fā)生核反應，產(chǎn)生中子(n)和正電子(　0＋1e)，即中微子＋H→n＋e 可以判定，中微子的質量數(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，可以轉變?yōu)閮蓚€光子(γ)，即　0＋1e＋

7、　0－1e→2γ.已知正電子和電子的質量都為9.1×10－31 kg，反應中產(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變?yōu)橐粋€光子，原因是 ________________________________________________________________________. (3)試通過分析比較，具有相同動能的中子和電子的物質波波長的大?。? 答案　見解析 解析　(1)發(fā)生核反應前后，質量數(shù)和電荷數(shù)守恒，據(jù)此可知中微子的質量數(shù)和電荷數(shù)都是0，A項正確． (2)產(chǎn)生的能量是由于質量虧損．兩個電子轉變?yōu)閮蓚€光子之后，質量變?yōu)榱?，則E＝Δmc2，故一個光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得＝8.19×10－14 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，故如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的，因為此過程遵循動量守恒定律． (3)物質波的波長為λ＝，要比較波長需要將中子和電子的動量用動能表示出來即p＝，因為mn>me，所以pn>pe，故λn<λe.