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)
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。
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)。
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)。
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。
📜 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