免費開始練習
高考申論題 107年 [核子工程] 原子物理

第 一 題

📖 題組:
一、(一)何謂核子束縛能(Nuclear Binding Energy)?(5 分) (二)請分別計算鈾-235 與鐵-56 的平均束縛能。(12 分) (三)請以圖示核子平均束縛能與原子核質量數之間的關係曲線略圖。(5 分) (四)並分別標示鈾-235 與鐵-56 的平均束縛能在前述(三)略圖示內對應座標點上。(3 分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

何謂核子束縛能(Nuclear Binding Energy)?

思路引導 VIP

看到此題應立刻聯想到「質量虧損(Mass Defect)」與愛因斯坦的「質能等價公式($E=mc^2$)」。答題時需點出將原子核拆散成自由核子所需的能量,並寫出質量虧損轉換為能量的數學式,以展現嚴謹的物理基礎。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

「核子束縛能(Nuclear Binding Energy)」是指將一個原子核完全拆解成各個獨立的自由核子(質子與中子)所需輸入的最小能量;反過來說,也是自由核子結合成該原子核時所釋放出的能量。 其物理機制源於「質量虧損(Mass Defect)」:根據愛因斯坦的質能等價原理($E = mc^2$),原子核的實際靜止質量總是小於組成該原子核的所有自由質子與中子的靜止質量總和。這個質量差值($\Delta m$)即轉換為將核子束縛在一起的能量。 以公式表示為:

小題 (二)

請分別計算鈾-235 與鐵-56 的平均束縛能。

思路引導 VIP

解此題需先定義質量虧損(Mass Defect)公式,再利用愛因斯坦質能等價關係(E=mc²)將質量轉換為總核子束縛能。最後除以質量數 A 求得「平均核子束縛能」。計算時務必列出常數假設與單位轉換(如 1 u ≈ 931.5 MeV/c²)。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【解題思路】運用質量虧損(Mass Defect)公式與質能等價原理($E=mc^2$)計算總束縛能,再除以質量數 $A$ 求得平均核子束縛能。 【詳解】 已知:

小題 (三)

請以圖示核子平均束縛能與原子核質量數之間的關係曲線略圖。

思路引導 VIP

看到這題,考生應立刻想到「平均束縛能曲線(Binding energy per nucleon curve)」。作圖時必須明確標出縱軸(平均束縛能,單位 MeV/nucleon)與橫軸(質量數 A),並精準掌握三個特徵區段:輕核區的急遽上升與局部尖峰(如He-4)、中等質量區的最高峰(Fe-56),以及重核區的緩緩下降(如U-235)。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【破題】核子平均束縛能($E_B/A$)與質量數($A$)的關係曲線,是解釋核分裂與核融合能量來源的核心物理模型,反映了原子核穩定度隨質量數的變化規律。 【論述】 一、 座標軸定義

小題 (四)

並分別標示鈾-235 與鐵-56 的平均束縛能在前述(三)略圖示內對應座標點上。

思路引導 VIP

看到這題,應回想「核子平均束縛能與質量數(BE/A vs. A)」的經典曲線特徵。鐵-56 位於曲線最高峰(最穩定),而鈾-235 位於質量數極大且束縛能較低的右側尾端,明確描述這兩點的相對座標位置、物理意義與約略數值即可得分。

🤖
AI 詳解
AI 專屬家教

【破題】本題要求於「核子平均束縛能對質量數」之關係曲線圖中,標示特定核種之位置,以凸顯不同質量數原子核的穩定度差異。 【論述】 一、 鐵-56 (Fe-56) 之標示點

📜 參考法條

參考常數與參數: 光速 c = 2.997925×10^8 公尺/秒 電子質量 me = 9.10908×10^-31 公斤 質子質量 Mp = 1.67252×10^-27 公斤 中子質量 Mn = 1.67482×10^-27 公斤 原子質量單位(atomic mass unit):u = 1.66043×10^-27 公斤 1u = 931.478 Mev 1H1 質量 = 1.007825u 1H2 質量 = 2.014102u 26Fe56 質量 = 55.934932u 92U235 質量 = 235.043933u

📝 同份考卷的其他題目

查看 107年[核子工程] 原子物理 全題

升級 VIP 解鎖