高三物理 4_2《核衰變與核反應(yīng)方程》學(xué)案 粵教版選修3-5

1、優(yōu)質(zhì)文檔優(yōu)質(zhì)文檔衰變中的動量守恒衰變中的動量守恒原子和原子核的知識在新課程改革中被安排在選修35模塊當(dāng)中，這部分內(nèi)容雖要求不高，難度不大，但由于其能緊密聯(lián)系生產(chǎn)、生活和現(xiàn)代科研的實際，因而也是高考選做題部分命題的熱點問題之一。這部分考題常以科學(xué)研究中的具體事例為背景，選取其中高中能討論的一些局部問題進行考查，有時還在題中給出一些新的知識、信息、成為信息題。其中以原子核的衰變過程為知識背景，可將粒子的運動，粒子能量和粒子動量等知識融合一體

2、，實現(xiàn)考查學(xué)生綜合能力的目的。如在2008年江蘇首屆新高考的物理卷中第28題就考查了學(xué)生對動量守恒條件的掌握情況。因而，我們很有必要將此類問題做點歸類和分析，以便同學(xué)們掌握和靈活運用。一粒子的能量和動量一粒子的能量和動量在近代物理領(lǐng)域，牛頓運動定律等一些經(jīng)典物理的規(guī)律將不再適用，而動量守恒定律、核能的轉(zhuǎn)化和守恒定律仍可適用，且包括這兩個守恒定律在內(nèi)的一些守恒規(guī)律成為近代物理研究中的重要理論依據(jù)。只是各種守恒定律的應(yīng)用對象由經(jīng)典物理中的低

3、速宏觀物體變成了微觀粒子，因此關(guān)于能量和動量的觀念，與在宏觀低速領(lǐng)域中相比應(yīng)有所拓展。在應(yīng)用能量守恒時，涉及的能量除動能、電勢能外，還有與質(zhì)量對應(yīng)的總能量mc2，如果是光子，則是由頻率決定的能量?hE?。在應(yīng)用動量守恒定律時，要注意除了實物粒子有動量mv外，光子也有動量?hp?，光子在與其他粒子相互作用時，其行為與實物粒子類似?！纠}1】在X射線管中，由陰極發(fā)射的電子被加速后打到陽極，回產(chǎn)生包括X光在內(nèi)的各種能量的光子，其中光子能量的最

4、大值等于電子的動能。已知陰極與陽極之間的電勢差U普朗克常數(shù)h、電子電量e和光速c，則可知該X射線管發(fā)出X光的（）(A)最短波長為eUhc(B)最長波長為eUch(C)最小頻率為heU(D)最大頻率為heU二衰變中三個要點二衰變中三個要點1三種射線和兩種衰變在放射性原子核發(fā)生衰變的過程會伴隨有α、β、γ三種射線發(fā)出。這三種射線的本質(zhì)、電性電量速率和性質(zhì)各不一樣，我們可用下表來比較。射線名稱實質(zhì)粒子帶電量運行速率電離作用穿透本領(lǐng)α氦核＋2e

5、0.1c強弱β電子－e0.9c較強較弱γ光子不帶電c弱強雖然射線有三種，但衰變形式卻只有兩種，α衰變和β衰變，沒有γ衰變。γ射線是伴隨與α衰變和β衰變中產(chǎn)生的一種能量，它是高頻率的電磁波。2β粒子的來源原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子所組成，它的內(nèi)部并不存在帶負電的電子，那么，在β衰變?yōu)槭裁磿a(chǎn)生帶負電的電子呢？對于放射性原子核，其內(nèi)部的質(zhì)子和中子是可以相互轉(zhuǎn)化的。如：一個中子可轉(zhuǎn)化為一個質(zhì)子，同時還將產(chǎn)生一個電子（核反應(yīng)方程為eH

6、n011110???）。實際上，β衰變的過程就是原子核內(nèi)的中子在向質(zhì)子轉(zhuǎn)化中產(chǎn)生的負電子從原子核中分裂出來的過程。3衰變過程中的核子數(shù)變化特點優(yōu)質(zhì)文檔優(yōu)質(zhì)文檔【例題5】云室處在磁感強度為B的勻強磁場中，一靜止的質(zhì)量為M的原子核在云室中發(fā)生一次α衰變，粒子的質(zhì)量為m，電量為q，其運動軌跡在與磁場垂直的平面內(nèi)?，F(xiàn)測得粒子運動的軌道半徑為R，求在衰變過程中的質(zhì)量虧損。（注：涉及動量問題時，虧損的質(zhì)量可忽略不計）【點撥解疑】由于衰變放出α粒子在

7、勻強磁場中做勻速圓周運動，由牛頓第二定律和洛侖茲力可知，洛侖茲力提供粒子圓周運動的向心力即：RvmqvB2?①核衰變過程中動量守恒，得：??vmMmv???②又衰變過程中能量來自質(zhì)量虧損，即??2222121vmMmvmc?????③聯(lián)立①②③式可解得:??22222cmMmRBMqm???【例題6】在核反應(yīng)堆里，用石墨作減速劑，使鈾核裂變所產(chǎn)生的快中子通過與碳核不斷的碰撞而被減速。假設(shè)中子與碳核發(fā)生的是彈性正碰，且碰撞前碳核是靜止的。

8、已知碳核的質(zhì)量近似為中子質(zhì)量的12倍，中子原來的動能為E0，試求：（1）經(jīng)過一次碰撞后中子的能量變?yōu)槎嗌?？?）若E0=1.76MeV，則經(jīng)過多少次后，中子的能量才可減少到0.025eV?！军c撥解疑】按彈性正碰的規(guī)律可求出每次碰撞后中子的速度變?yōu)槎嗌?，對?yīng)的動能也就可以求解；在根據(jù)每次碰撞前后的動能之比與需要減少到0.025eV與原動能E0的比值關(guān)系，取對數(shù)求出碰撞次數(shù)（必須進位取整）。（1）彈性正碰遵循動量守恒和能量守恒兩個規(guī)律。設(shè)中

9、子的質(zhì)量m，碳核的質(zhì)量M。有：Mvmvmv??10①22120212121Mvmvmv??②由上述兩式整理得011311vv??則經(jīng)過一次碰撞后中子剩余的動能02211131121EmvE????????同理可得經(jīng)過第二次碰撞后中子剩余的動能為022222131121EmvE?????????……則經(jīng)過n次碰撞后中子剩余的動能為022131121EmvEnnn????????③由題意可知：經(jīng)過n次碰撞，中子的動能減少為0.025eV，即