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高中三年级物理

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    2011年3月11日,日本发生9.0级地震并引发海啸及核泄漏,福岛第一核电站6座反应堆不同程度被损坏,其中核泄漏中的放射性元素钚-239,半衰期2.41万年,钚在高温下生成,在大气中钚呈颗粒物形态,传播一段时间后就会掉落到地上,因此危害范围主要在核泄漏周边的土壤和水源中,对人体具有强毒性危害,一旦侵入人体,就会潜伏在人体肺部、骨骼等组织细胞中,破坏细胞基因,提高罹患癌症的风险。Pu静止时衰变为铀核激发态U*和α粒子,而铀核激发态U*立即衰变为铀核U,并放出能量为0.097 MeV的γ光子。已知:Pu、U和α粒子的质量分别为mPu=239.052 1 u、mU=235.043 9 u和mα=4.002 6 u,一个原子质量单位1 u相当于931.5 MeV的能量。
    (1)写出衰变方程。
    (2)已知衰变放出的光子的动量可忽略,求α粒子的动能。
    本题信息:2012年专项题物理计算题难度较难 来源:马凤霞
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本试题 “2011年3月11日,日本发生9.0级地震并引发海啸及核泄漏,福岛第一核电站6座反应堆不同程度被损坏,其中核泄漏中的放射性元素钚-239,半衰期2.41万年,钚在高...” 主要考查您对

动量守恒定律的应用

核反应

核能,爱因斯坦质能方程

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动量守恒定律的应用:

1、动量守恒定律:一个系统不受外力或者所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。即m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。
2、动量守恒定律的常见问题:
①碰撞问题;
②爆炸问题;
③反冲现象;
④人船模型;
“人船模型”是动量守恒定律的应用的一个经典模型,该模型应用的条件:一个原来处于静止状态的系统,当系统中的物体间发生相对运动的过程中,有一个方向上动量守恒。
⑤子弹打木块模型。
子弹打木块模型及推广:
Ⅰ、一物块在木板上滑动,μNS相对=ΔEk系统=Q,Q为摩擦在系统中产生的热量;
Ⅱ、小球在置于光滑水平面上的竖直平面内弧形光滑轨道上滑动,包括小车上悬一单摆单摆的摆动过程等。小球上升到最高点时系统有共同速度(或有共同的水平速度);系统内弹力做功时,不将机械能转化为其它形式的能,因此过程中系统机械能守恒。
Ⅲ、一静一动的同种电荷追碰运动等。

从“六性”把握动量守恒定律的应用方法:

1.条件性
动量守恒定律的成立是有条件的,只有当系统满足动量守恒的条件时才能利用方程式进行计算。
2.矢量性
动量守恒方程是一个矢量方程。对于作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题,应选取统一的正方向,凡是与选取正方向相同的动量为正,相反为负。若方向未知,可设为与正方向相同列动量守恒方程,通过解得结果的正负,判定未知量的方向。
3.参考系的同一性速度
具有相对性,公式中的均应对同一参考系而言,一般均取对地的速度。
4.状态的同一性
相互作用前的总动量,这个“前”是指相互作用前的某一时刻,所以均是此时刻的瞬时速度,同理 应是相互作用后的某一时刻的瞬时速度。
5.整体性
动量守恒定律是针对一个物体系统而言的,具有系统的整体性。
6.普适性
它不仅适用于两个物体所组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统。

临界与极值问题的解法:

在动量守恒定律的应用中,常常会遇到相互作用的两物体相距最近、避免相碰和物体开始反向运动等临界问题。分析临界问题的关键是寻找临界状态,临界状态的出现是有条件的,这种条件就是临界条件。临界条件往往表现为某个(或某些)物理量的特定取值。在与动量相关的临界问题中,临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系,这些特定关系的判断是求解这类问题的关键。

“人船模型”的解题规律:

 “人船模型”是动量守恒定律的拓展应用,它把速度和质量的关系推广到质量和位移的关系,这样给我们提供了一种解题思路和解决问题的方法。人船问题的适用条件是:两个物体组成的系统(当有多个物体组成系统时,可以先转化为两个物体组成的系统)动量守恒,系统的合动量为零。

这种模型中涉及两种题型,一种题型是求解某物体在相互作用过程中通过的位移,此题型中需根据动量守恒、位移关系得到两个关系求解,如在图中,人从船头走到船尾时由动量守恒可得:

再由图中几何关系有

可得人船的位移分别为

另一种题型是求某一时刻物体的速度,这种题型是先要由动量守恒求得两物体的一个速度关系,再由能量守恒得到两物体的另一个速度关系,从而求得物体的瞬时速度(或与瞬时速度相关的物理量)。


核反应:

1、定义:原子核在其他粒子的轰击下产生新原子核的过程。所有核反应的反应前后都遵守:质量数守恒、电荷数守恒。
2、原子核的人工转变
①质子的发现:用α粒子轰击氮,
②电子的发现:用α粒子轰击铍,
爱因斯坦智能方程:

1、核能:核反应中放出的能叫核能。
2、当r<10-15 m时,核子间相互作用力(核力)起作用。原子核是原子凭借核力结合在一起构成的,而把核子分开所需要的能量,就是原子核的结合能。结合能与核子数之比,称做比结合能,也叫平均结合能。比结合能越大,表示原子核中核子结合得越牢固,原子核越稳定。
3、质量亏损:核子结合生成原子核,所生成的原子核的质量比生成它的核子的总质量要小些,这种现象叫做质量亏损。
4、质能方程:爱因斯坦的相对论指出,物体的能量和质量之间存在着密切的联系,它们的关系是:E=mc2,这就是爱因斯坦的质能方程。
质能方程的另一个表达形式是:ΔE=Δmc2

核反应方程的书写方法:

某种元素的原子核变为另一种元素的原子核的过程叫做核反应,常见的核反应分为衰变、人工转变、裂变、聚变等几种类型,无论写哪种类型的核反应方程,都应注意以下几点: (1)必须遵守电荷数守恒、质量数守恒规律。有些核反应方程还要考虑到能量守恒规律(例如裂变和聚变方程常含能量项)。
(2)核反应方程的箭头(→)表示核反应进行的方向。不能把箭头写成等号。
(3)写核反应方程必须要有实验依据,绝不能毫无根据地编造。
(4)在写核反应方程时,应先将已知原子核和已知粒子的符号填入核反应方程一般形式的适当位置上,然后根据质量数守恒和电荷数守恒规律计算出未知核 (或未知粒子)的电荷数和质量数,最后根据未知核(或未知粒子)的电荷数确定它们是哪种元素(或哪种粒子),并在核反应方程一般形式中的适当位置填写上它们的符号。


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