（全國通用版）2018-2019高中物理 第十九章 原子核 第七節(jié) 核聚變 第八節(jié) 核裂變學案 新人教版選修3-5

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1、 第七節(jié)　核聚變 第八節(jié)　粒子和宇宙 　學 習 目 標 ※ 知道聚變反應的特點 ※ 能寫出聚變方程并計算聚變能量 ※ 了解可控熱核反應 ※ 知道粒子的分類及其作用 ※ 了解宇宙起源的大爆炸說及恒星的演化 　知 識 導 圖 知識點1　核聚變 1．定義 輕核結(jié)合成__質(zhì)量較大__的原子核的反應叫聚變。 例如H＋H―→He＋n 2．聚變發(fā)生的條件 要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達到__10－15__m以內(nèi)，核力才能起作用。由于原子核都帶正電，要使它們接近到這種程度，必須克服巨大的__庫侖斥力__，這就要求原子核具有足夠的動能，有一種方法就是把它

2、們加熱到很高的溫度，溫度高達__幾百萬__開爾文，因此聚變又叫__熱核反應__。 3．應用 目前，熱核反應主要用在核武器上，那就是__氫彈__，需要用__原子彈__爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)核爆炸。 4．太陽能 太陽的主要成分是__氫__，太陽中心溫度可達1.5×107K，在此高溫下，氫核聚變成氦核的反應不停地進行著，太陽能就來自于太陽內(nèi)部__聚變__釋放的核能。 知識點2　受控熱核反應 1．聚變與裂變相比有很多優(yōu)點 (1)輕核聚變產(chǎn)能__效率高__； (2)地球上聚變?nèi)剂系膬α縚_豐富__； (3)輕核聚變更為__安全、清潔__。 2．聚變的難點 地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受

3、熱核反應的高溫。 3．控制方法 (1)磁約束：利用磁場約束參加反應的物質(zhì)，目前最好的一種磁約束裝置是__環(huán)流器__。 (2)慣性約束：聚變物質(zhì)因自身的慣性，在極短時間內(nèi)來不及擴散就完成了核反應，在慣性約束下，用__激光__從各個方向照射反應物，使它們“擠”在一起發(fā)生反應。 知識點3　“基本粒子”不基本 1．“基本”粒子 19世紀末，許多人認為光子、電子、__質(zhì)子__和__中子__是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子。 2．發(fā)現(xiàn)新粒子 (1)從20世紀起科學家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了400多種同種類的新粒子，它們不是由__質(zhì)子__、__中子__、__電子__組成。 (2)科學家進一步發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中

4、子等本身也是復合粒子，且還有著__復雜__的結(jié)構(gòu)。 3．探測工具 粒子__加速器__和粒子__探測器__是研究粒子物理的主要工具。 知識點4　發(fā)現(xiàn)新粒子 1．新粒子 1932年發(fā)現(xiàn)了__正電子__,1937年發(fā)現(xiàn)了__μ子__,1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子及以后的超子等。 2．粒子的分類 按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類：__強子__、__輕子__和__媒介子__。 知識點5　夸克模型 組成強子的粒子有六種夸克，分為上夸克和下夸克、奇夸克、粲夸克、底夸克、頂夸克，所帶電荷分別為元電荷的__±__或__±__，每種夸克都有對應的反夸克，夸克不能以自由的狀態(tài)單個

5、出現(xiàn)。 知識點6　宇宙與恒量的演化 1．宇宙的演化 經(jīng)歷了①__強子__時代?、赺_輕子__時代?、踎_核合成__時代　④10萬年之后，隨著溫度降低逐步組成__恒星__和星系。 2．恒星的演化 宇宙塵埃__星云團__恒星? 預習反饋 『判一判』 (1)核聚變時吸收能量。(×) (2)核聚變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)實現(xiàn)核聚變的難點是地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受如此高的溫度。(√) (4)質(zhì)子、中子不能再分。(×) (5)夸克的帶電量是電子電荷的整數(shù)倍。(×) (6)太陽目前正處于氫通過熱核反應成為氦，以電磁波的形式向外

6、輻射核能。(√) 『選一選』 (多選)我國科學家研制“兩彈”所涉及的基本核反應有： (1)U＋n→Sr＋Xe＋kn (2)H＋H→He＋dn 關(guān)于這兩個方程，下列說法正確的是(　BC　) A．方程(1)屬于α衰變 B．方程(2)屬于輕核聚變 C．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1 D．方程(1)中k＝6，方程(2)中d＝1 解析：方程(1)屬于重核裂變，方程(2)屬于輕核聚變，選項A錯誤而B正確；由質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒得，k＝10，d＝1，選項C正確而D錯誤。 『想一想』 萬物生長靠太陽(如圖)，太陽在我們?nèi)粘Ｉ钪惺遣豢商娲模峁┙o地球足夠的能源，如果說太陽一

7、旦沒有了，那么地球上的一切生物都將隨之消失。 你知道太陽的能量來源嗎？ 答：來源于太陽內(nèi)部的核聚變反應 探究一　輕核的聚變　 S　1 如圖為氫彈原理示意圖。 (1)核聚變需要滿足什么條件？ (2)為什么要用原子彈才能引爆氫彈？ 提示：(1)要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m。 (2)它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。 G　 1．輕核聚變是放能反應 從比結(jié)合能的圖線看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應是一個放能反應。 2．聚變發(fā)生的條件 要使輕核聚變，就必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，但是原子

8、核是帶正電的，要使它們接近10－15m就必須克服很大的庫侖斥力作用，這就要求原子核應具有足夠的動能。方法是給原子核加熱，使其達到幾百萬度的高溫。 3．核聚變的特點 (1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。 (2)熱核反應一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應進行下去。 (3)普遍性：熱核反應在宇宙中時時刻刻地進行著，太陽就是一個巨大的熱核反應堆。 4．核聚變的應用 (1)核武器——氫彈：一種不需要人工控制的輕核聚變反應裝置。它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸。 (2)可控熱核反應：目前處于探索階段。 D　 典

9、例1　太陽現(xiàn)在正處于主序星演化階段，它主要是由電子和質(zhì)子、氦核等組成，維持太陽輻射的是它內(nèi)部的核聚變反應，核反應為兩個電子與四個質(zhì)子聚變?yōu)楹?。已知太陽的質(zhì)量為2×1030kg，太陽向周圍空間輻射能量的總功率為3.8×1026W。 (1)寫出上述聚變反應的方程 (2)已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.67×10－27kg，氦核質(zhì)量mα＝6.6458×10－27kg，電子質(zhì)量me＝9.0×10－31kg，光速c＝3.0×108m/s，求每發(fā)生一次上述核反應所釋放的能量。 (3)根據(jù)題目中數(shù)據(jù)計算太陽1秒鐘減少的質(zhì)量。太陽還能用多少年？ 解題指導：(1)聚變的核反應方程遵循質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒。 (

10、2)核能計算的關(guān)鍵是求出核反應中的質(zhì)量虧損，然后根據(jù)受因斯坦質(zhì)能方程求解。 (3)由m＝tΔm求時間。 解析：(1)根據(jù)聚變反應滿足質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)守恒得核反應方程為2e＋4H―→He (2)反應中的質(zhì)量虧損 Δm＝2me＋4mp－mα＝(2×9.0×10－31＋4×1.67×10－27－6.6458×10－27)kg＝3.6×10－29kg 由愛因斯坦質(zhì)能方程可知核反應釋放的能量ΔE＝Δmc2＝3.6×10－29×(3.0×108)2J＝3.24×10－12J (3)太陽每秒釋放的能量為3.8×1026J，則太陽每秒減少的質(zhì)量 Δm＝＝kg＝4.2×109kg 太陽還能用t＝＝

11、s＝4.76×1020s＝1.5×1013年 答案：(1)2e＋4H―→He　(2)3.24×10－12J　(3)4.2×109kg　1.5×1013年,　　 〔對點訓練1〕　(河南省漯河市高二2017～2018學年下學期期末)近幾年日本、印度等許多國家積極發(fā)展“月球探測計劃”，該計劃中的科研任務之一是探測月球上氦3的含量。氦3是一種清潔、安全和高效的核發(fā)電燃料，可以采用在高溫高壓下用氘和氦3進行核聚變反應發(fā)電。若已知氘核的質(zhì)量為2.0136U，氦3的質(zhì)量為3.0150u，氦核的質(zhì)量為4.00151u，質(zhì)子質(zhì)量為1.00783u，中子質(zhì)量為1.008665u, 1u相當于931.5MeV，

12、則下列說法正確的是(　A　) A．一個氘和一個氦3的核聚變反應釋放的核能約為17.9MeV B．氘和氦3的核聚變反應方程式：H＋He→He＋X其中X是中子 C．因為聚變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)子數(shù)減少 D．目前我國的秦山、大亞灣等核電站廣泛使用氦3進行核聚變反應發(fā)電 解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知X為質(zhì)子，故B錯誤；根據(jù)質(zhì)能方程知ΔE＝Δmc2＝(2.0136u＋3.0150u－4.00151u－1.00783u)×931.5MeV＝17.9MeV，故A正確；因為聚變時釋放能量，出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以生成物的總質(zhì)量減小，但是質(zhì)量數(shù)不變，選項C錯誤；目前我國的秦山、大

13、亞灣等核電站廣泛使用重核裂變反應發(fā)電，選項D錯誤；故選A。 探究二　新粒子的發(fā)現(xiàn)和夸克模型　 S　2 如圖所示為粒子發(fā)展示意圖。 (1)為什么現(xiàn)在將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子？ (2)為什么說夸克模型是物理學發(fā)展中的一個重大突破？ 提示：(1)隨著科學的發(fā)展，科學家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的，又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復雜結(jié)構(gòu)。所以現(xiàn)在將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。 (2)夸克模型的提出是物理學發(fā)展中的一個重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分數(shù)電荷。 G　 1．發(fā)現(xiàn)新粒子 發(fā)現(xiàn)時間 1932年 1937年 194

14、7年 60年代后 新粒子 反粒子 μ子 K介子與π介子 超子 基本 特點 質(zhì)量與相對應的粒子相同而電荷及其他一些物理性質(zhì)相反 比質(zhì)子的質(zhì)量小 質(zhì)量介于電子與質(zhì)子之間 其質(zhì)量比質(zhì)子大 按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可以將粒子分為三大類：強子、輕子和媒介子。 2．粒子的分類 分類 參與的相互作用 發(fā)現(xiàn)的粒子 備注 強子 參與強相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強子又可分為介子和重子 輕子 不參與強相互作用 電子、電子中微子、μ子、μ子中微子，τ子、τ子中微子 未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 媒介子 傳遞各種相互作用 光子

15、、中間玻色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強相互作用 3．夸克模型 (1)夸克的提出 1964年美國物理學家蓋爾曼提出了強子的夸克模型，認為強子是由夸克構(gòu)成的。 (2)夸克的種類 上夸克(u) 、下夸克(d)、奇夸克(s)、粲夸克(c)、底夸克(b)和頂夸克(t)。 (3)夸克所帶電荷 夸克所帶的電荷量是分數(shù)電荷量，即其電荷量為元電荷的±或±。例如上夸克帶的電荷量為＋2e/3，下夸克帶的電荷量為－e/3。 特別提醒：粒子具有對稱性，有一個粒子，必存在一個反粒子，所以每種夸克都有對應的反夸克。 D　 典例2　在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出

16、。中微子的性質(zhì)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(e)，即：中微子＋H→n＋e 可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是__A__。(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(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子(γ)，即e＋e→2γ已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31kg，反應中產(chǎn)生的每個光子的能量約為_

17、_8.2×10－14__J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€光子，原因是__此過程遵循動量守恒定律__。 解題指導：(1)由核反應過程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒判斷 (2)根據(jù)E＝Δmc2和動量守恒求解 解析：(1)發(fā)生核反應前后，粒子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不變，據(jù)此可知中微子的質(zhì)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(zhì)量虧損。兩個電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱悖瑒tE＝Δmc2，故一個光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得＝8.2×10－14J。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，所以如果只產(chǎn)生一個光子是不可能的，因為此過程遵循動量守恒定律。 〔對點訓練2

18、〕　(多選)(北京臨川育人學校2017－2018學年高二下學期期中)已知π＋介子、π－介子都是由一個夸克(夸克u或夸克d)和一個反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們帶電量如下表所示，表中e為元電荷。 π＋ π－ u d 帶電量 ＋e －e ＋e －e －e ＋e 下列說法正確的是(　AD　) A．π＋由u和組成　　 B．π＋由d和組成 C．π－由u和組成 D．π－由d和組成 解析：根據(jù)題目所給圖表可以知道各種粒子的帶電量，由電荷守恒定律可得A、D正確，B、C錯誤。 輕核聚變與重核裂變的區(qū)別 　　　反應方式 比較項目　　　 重核裂變

19、 輕核聚變 放能原理 重核分裂成兩個或多個中等質(zhì)量的原子核放出核能 兩個輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核放出核能 放能多少 聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量大約要大3～4倍 核廢料處理難度 聚變反應的核廢料處理要比裂變反應簡單得多 原料的 蘊藏量 核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽α坑邢?，尤其用于核裂變?35U在鈾礦石中只占0.7% 主要原料是氚，氚在地球上的儲量非常豐富。1L海水中大約有0.03g氚，如果用來進行熱核反應放出的能量約與燃燒300L汽油相當 可控性 速度比較容易進行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用裂變反應釋放核能 目前，除氫彈以外，人們還不能控制它 案例　

20、(多選)據(jù)新華社報道，由我國自行設計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太陽”的說法正確的是(　AC　) A．“人造太陽”的核反應方程是H＋H―→He＋n B．“人造太陽”的核反應方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n C．根據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應釋放的能量比裂變反應大得多 D．根據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時，聚變反應釋放的能量與裂變反應相同 解析：H＋H―→He＋n是氫核聚變方程，故A正確；選項B的核反應方程是核裂變方程，故B錯誤；根據(jù)氫核聚變特點，聚變反應比裂變反應平均每個核子放出的能量大

21、約要大3～4倍，相同質(zhì)量的核燃料，氫核聚變釋放的能量比裂變反應大得多，故選項C正確，D錯誤。 1．(多選)(成都七中2017～2018學年高二月考)國家國防科技工業(yè)局首次發(fā)布“嫦娥三號”月面虹灣局部影像圖，如圖所示?？茖W家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的He(氦3)。它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應的方程式為He＋He→2H＋He。關(guān)于He聚變下列表述正確的是(　BC　) A．聚變反應不會釋放能量 B．聚變反應產(chǎn)生了新的原子核 C．聚變反應會有質(zhì)量虧損 D．目前核電站都采用He聚變反應發(fā)電 解析：聚變反應是將質(zhì)量較小的輕核聚變成質(zhì)量較大的核，聚變過程會有質(zhì)量虧

22、損，要放出大量的能量。但目前核電站都采用鈾核的裂變反應。綜上所述，選項B、C正確。 2．(多選)(江蘇省揚州市2017～2018學年高三上學期期末)關(guān)于核反應方程，下列說法正確的是(　AD　) A．H＋H→He＋n是核聚變反應 B．鈾核裂變的核反應為：U＋Ba→Kr＋2n C．在衰變方程Pu→X＋He＋γ中，X原子核的質(zhì)量數(shù)是234 D．盧瑟福發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核反應方程為：H＋N→O＋H 解析：H＋H→He＋n是輕核變成質(zhì)量較大的原子核，是核聚變反應，故A正確； 鈾核裂變是鈾核俘獲一個中子后裂變成兩個中等質(zhì)量的原子核，故B錯誤；核反應中質(zhì)量數(shù)守恒，電荷數(shù)守恒，He原子核的質(zhì)量數(shù)為4，γ

23、是電磁波，所以X原子核的質(zhì)量數(shù)是235，故C錯誤；盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子的核反應方程為：H＋N→O＋H，故D正確。故選AD。 3．(山東濰坊及第中學2016～2017學年高二月考)根據(jù)宇宙大爆炸的理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風采的時期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是(　A　) A．夸克、輕子、膠子等粒子 B．質(zhì)子和中子等強子 C．光子、中微子和電子等輕子 D．氫核、氘核、氦核等輕核 解析：宇宙形成之初產(chǎn)生了夸克、輕子和膠子等粒子，之后又經(jīng)歷了質(zhì)子和中子等強子時代，再之后是自由的光子、中微子、電子大量存在的輕子時代，再之后是中子和質(zhì)子結(jié)合成氘核，并形成氦核的核時代，之后電子和質(zhì)子復合

24、成氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D的產(chǎn)生都在A之后，故B、C、D錯誤。 4．(山西省長治、運城、大同、朔州、陽泉五地市2018屆高三上學期期末)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放巨大的能量，該反應方程為：H＋H→He＋x，式中x 是某種粒子。已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應方程和數(shù)據(jù)可知(　C　) A．粒子x是H B．該反應中的質(zhì)量虧損為0.0289u C．該反應釋放出的能量約為17.6MeV D．該反應中釋放的全部能量轉(zhuǎn)化為粒子x的動能 解

25、析：根據(jù)核反應前后質(zhì)量數(shù)守恒和核電荷數(shù)守恒，可判斷x為中子，選項A錯誤；該反應中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u，故B錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程可知釋放出的能量為ΔE＝(2.0141＋3.0161－4.0026－1.0087)×931.5MeV＝17.6MeV，選項C正確；該反應中釋放的能量一部分轉(zhuǎn)化為X粒子的動能，故D錯。 基礎夯實 一、選擇題(1～3題為單選題，4、5題為多選題) 1．(江蘇徐州市2015～2016學年高二下學期期末)一典型的鈾核裂變方程是U＋X→Ba＋Kr＋3n，關(guān)于該反應，下列說法正確的是(　

26、C　) A．X是質(zhì)子 B．該反應是核聚變反應 C．U的比結(jié)合能小于Ba的比結(jié)合能 D．釋放出的中子對于鏈式反應的發(fā)生沒有作用 解析：該反應是裂變反應，X是中子，釋放的中子引起鏈式反應，故A、B、D錯誤；U的比結(jié)合能小于Ba的比結(jié)合能，C正確。 2．2010年3月31日歐洲大型強子對撞機實現(xiàn)首次質(zhì)子束對撞成功?？茖W家希望以接近光速飛行的質(zhì)子在發(fā)生撞擊之后，能模擬宇宙大爆炸的能量，并產(chǎn)生新的粒子，幫助人類理解暗物質(zhì)、反物質(zhì)、以及其他超對稱現(xiàn)象，從根本上加深了解宇宙本質(zhì)，揭示宇宙形成之謎。歐洲科研機構(gòu)宣布他們已經(jīng)制造出9個反氫原子。請推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是(　B　) A．由1個帶正電荷的

27、質(zhì)子和1個帶負電荷的電子構(gòu)成 B．由1個帶負電荷的反質(zhì)子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成 C．由1個帶負電荷的反質(zhì)子和1個帶負電荷的電子構(gòu)成 D．由1個不帶電荷的中子和1個帶正電荷的正電子構(gòu)成 解析：根據(jù)反粒子定義，“反粒子”與“正粒子”具有相同的質(zhì)量，但帶有等量的異性電荷。 因此“反氫原子”應該具有與氫原子相同的質(zhì)量，相反的電荷符號且等量的電荷量。所以反氫原子是由H核和e構(gòu)成的。 3．2002年，美國《科學》雜志評出的《2001年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大薩德伯里中微子觀測站的結(jié)果，該站揭示了中微子失蹤的部分中微子在運動過程中轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子。在上述研究中有以下說法，

28、正確的是(　B　) ①若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運動方向一致，則τ子的運動方向與中微子的運動方向一定相反 ②若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運動方向一致，則τ子的運動方向與中微子的運動方向可能一致 ③若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運動方向相反，則τ子的運動方向與中微子的運動方向一定一致 ④若發(fā)現(xiàn)μ子和中微子的運動方向相反，則τ子的運動方向與中微子的運動方向可能相反 A．①③　　　　　　 B．②③ C．③④ D．①② 解析：中微子在轉(zhuǎn)化為μ子和τ子的前后過程中滿足動量守恒定律。 4．據(jù)新華社報道，由我國自行設計、研制的世界第一套全超導核聚變實驗裝置(又稱“人造太陽”)已完成了首次工程調(diào)試。下列關(guān)于“人造太

29、陽”的說法正確的是(　AC　) A．“人造太陽”的核反應方程是H＋H―→He＋n B．“人造太陽”的核反應方程是U＋n―→Ba＋Kr＋3n C．“人造太陽”釋放的能量大小的計算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太陽”核能大小的計算公式是E＝mc2 解析：“人造太陽”是全超導核聚變實驗裝置，核反應是輕核聚變而不是重核裂變，故選項A正確，選項B錯誤；核能大小的計算根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，故選項C正確，選項D錯誤。 5．關(guān)于粒子，下列說法中正確的是(　BC　) A．質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本的粒子 B．質(zhì)子、中子本身也有復雜的結(jié)構(gòu) C．質(zhì)子是帶電的強子 D．電子電荷是電

30、荷的最小單位 解析：質(zhì)子和中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，故選項A錯誤，選項B正確；不同的夸克組成強子，有的強子帶電，有的強子不帶電，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的帶正電的強子，故選項C正確；夸克模型是研究強子的理論，不同夸克帶的電荷不同，分別為元電荷的＋或－，這說明電子電荷不再是電荷的最小單位，故選項D錯誤。 二、非選擇題 6．(山東淄博市淄川中學2016～2017學年高二下學期期中)科學研究發(fā)現(xiàn)太陽發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應，即在太陽內(nèi)部4個氫核(H)轉(zhuǎn)化成一個氦核(He)和兩個正電子(e)并放出能量，已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.0073u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.00

31、15u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u,1u質(zhì)量相當于931MeV的能量。寫出該熱核反應方程__4H―→He＋2e__；一次這樣的熱核反應過程中釋放出__24.86__MeV的能量。(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)。 解析：Δm＝4mp－mα－2me＝4×1.0073u－4.0015u－2×0.0005u＝0.0267u ΔE＝Δmc2＝0.0267u×931MeV＝24.86MeV 7．(江蘇泰州二中2015～2016學年高二下學期檢測)太陽的能量來自氫核聚變：即四個質(zhì)子(氫核)聚變一個α粒子，同時發(fā)射兩個正電子和兩個沒有靜止質(zhì)量的中微子。如果太陽輻射能量的功率為P，質(zhì)子H、氦核He、正電子e

32、的質(zhì)量分別為mP、ma、me，真空的光速為c，則 (1)寫出上述核反應方程式； (2)計算每一次聚變所釋放的能量ΔE； (3)計算t時間內(nèi)因聚變生成的α粒子數(shù)n。 答案：(1)4H→He＋2e　(2)ΔE＝(4mP－ma－me)c2 (3) 解析：(1)核反應方程式為：4H→He＋2e； (2)核反應過程中的質(zhì)量虧損Δm＝(4mP－ma－me)，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程：ΔE＝Δmc2可知，核反應釋放的能量，ΔE＝(4mP－ma－me)c2。 (3)設t時間內(nèi)因聚變生成的α粒子數(shù)為n， 依據(jù)能量關(guān)系Pt＝nΔE 有，n＝＝ 能力提升 一、選擇題(1～3題為單選題，4題

33、為多選題) 1．(北京市房山區(qū)2018屆高三上學期期末)我國自行研制了可控熱核反應實驗裝置“超導托卡馬克” (英文名稱：EAST，稱“人造太陽”)。設可控熱核實驗反應前氘核(H)的質(zhì)量為m1，氚核(H)的質(zhì)量為m2，反應后氦核(He)的質(zhì)量為m3，中子(n)的質(zhì)量為m4，已知光速為c。下列說法中正確的是(　A　) A．核反應放出的能量等于 (m1＋m2－m3－m4 )c2 B．由核反應過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．這種熱核實驗反應是α衰變 D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應原理相同 解析：核反應過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能Δ

34、E＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故A正確；核反應過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯誤；這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應原理不相同，故CD錯誤。 2．一個質(zhì)子和一個中子聚變結(jié)合成一個氘核，同時輻射一個γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c。下列說法正確的是(　B　) A．核反應方程是H＋n→H＋γ B．聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3 C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2 D．γ光子的波長λ＝

35、 解析：H＋n→H＋γ，選項A錯誤；由題可知，該反應的質(zhì)量虧損為Δm＝m1＋m2－m3，選項B正確；根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2得，該反應輻射出的γ光子的能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，選項C錯誤；由E＝hν＝h得，λ＝，選項D錯誤。 3．(江蘇泰州二中2015～2016學年高二下學期檢測)“軌道電子俘獲”是放射性同位素衰變的一種形式，它是指原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，并放出一個中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。中微子的質(zhì)量遠小于質(zhì)子的質(zhì)量，且不帶電，很難被探測到，人們最早就是通過核的反沖而間接證明中微子的存在的。一個靜止的原子核發(fā)生“軌

36、道電子俘獲”，衰變?yōu)樽雍瞬⒎懦鲋形⒆?，下列說法正確的是(　B　) A．母核的質(zhì)量數(shù)小于子核的質(zhì)量數(shù) B．母核的電荷數(shù)大于子核的電荷數(shù) C．子核的動量與中微子的動量相同 D．子核的動能大于中微子的動能 解析：原子核(稱為母核)俘獲一個核外電子，使其內(nèi)部的一個質(zhì)子變?yōu)橹凶?，并放出一個中微子，從而變成一個新核(稱為子核)的過程。電荷數(shù)少1，質(zhì)量數(shù)不變，故A錯誤，B正確；原子核(稱為母核)俘獲電子的過程中動量守恒，初狀態(tài)系統(tǒng)的總動量為0，則子核的動量和中微子的動量大小相等，方向相反，故C錯誤；子核的動量大小和中微子的動量大小相等，由于中微子的質(zhì)量很小，根據(jù)Ek＝知，中微子的動能大于子核的動能

37、，故D錯誤，故選B。 4．(江西南昌二中2015～2016學年高二下學期期中)K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子帶負的元電荷e，π0介子不帶電，π－介子的質(zhì)量為m。如圖所示，兩勻強磁場方向相同，以虛線MN為理想邊界，磁感應強度分別為B1、B2。今有一個K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場B1中，其軌跡為圓弧AP，P在MN上，K－在P點時的速度為v，方向與MN垂直。在P點該介子發(fā)生了上述衰變。衰變后產(chǎn)生的K－介子沿v反方向射出，其運動軌跡為如圖虛線所示的“心”形圖線。則以下說法正確的是(　AD　) A．π0介子做勻速直線運動 B．π－介子的運行軌跡為PENC

38、MDP C．π－介子運行一周回到P用時為t＝ D．B1＝2B2 解析：π0介子不帶電，不受洛倫茲力作用，故做勻速直線運動，A正確；根據(jù)左手定則可知：π－介子從P點沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場B1時，受到的洛倫茲力方向向上，所以π－介子的運行軌跡為PDMCNEP，故B錯誤；π－介子在整個過程中，在勻強磁場B1中運動兩個半圓，即運動一個周期，在勻強磁場B2中運動半個周期，所以T＝＋，故C錯誤；由圖象可知，π－在勻強磁場B1中運動半徑是勻強磁場B2中運動半徑的一半，根據(jù)r＝可知，B1＝2B2，故D正確。 二、非選擇題 5．如下一系列核反應是在恒星內(nèi)部發(fā)生的。 p＋C―→N　N―→C＋e

39、＋＋ν p＋C―→N　p＋N―→O O―→N＋e＋＋ν　p＋N―→C＋α 其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為中微子，已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 929×10－27kg, 正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計，真空中的光速c＝3.00×108m/s，試計算該系列核反應完成后釋放的能量。 答案：3.95×10－12J 解析：為求出系列反應后釋放的能量，將題中所給的諸核反應方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項，系統(tǒng)反應最終等效為 4p―→α＋2e＋＋2ν 設反應后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得 4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q 代入數(shù)值可得 Q＝3.95×10－12J 15