2017-2018學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 第7、8節(jié) 核聚變 粒子和宇宙教學(xué)案 新人教版選修3-5

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1、 第7、8節(jié) 核聚變__粒子和宇宙 1．兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，這樣的核反應(yīng)叫聚變。 2．約束核聚變材料的方法：磁約束和慣性約束。 3．粒子分為三大類，有媒介子、輕子、強(qiáng)子。美國物理學(xué)家蓋爾曼提出，強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。 一、核聚變 1．定義 兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核的反應(yīng)。 2．條件 (1)輕核的距離要達(dá)到10－15_m以內(nèi)。 (2)聚變可以通過高溫來實(shí)現(xiàn)，因此又叫熱核反應(yīng)。 3．核反應(yīng)舉例 (1)熱核反應(yīng)主要應(yīng)用在核武器上，如氫彈。 (2)熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。 (3)典型的核聚變：一

2、個(gè)氘核和一個(gè)氚核的聚變， H＋H→He＋n＋γ 該反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量大3～4倍。 4．聚變與裂變相比有很多優(yōu)點(diǎn) (1)輕核聚變產(chǎn)能效率高。 (2)地球上聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量豐富。 (3)輕核聚變更為安全、清潔。 5．實(shí)現(xiàn)核聚變的方法 (1)難點(diǎn)：地球上沒有任何容器能夠經(jīng)受幾百萬開爾文的高溫。 (2)方案：科學(xué)家設(shè)想了兩種方案，即磁約束和慣性約束，環(huán)流器是目前性能最好的一種磁約束裝置。 二、粒子和宇宙 1．“基本粒子”不基本 (1)19世紀(jì)末，人們認(rèn)為原子是組成物質(zhì)的不可再分的最小微粒。 (2)后來認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)

3、的不可再分的最基本的粒子，并稱為“基本粒子”。 隨著科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)了數(shù)以百計(jì)的不同種類的新粒子，它們都不是由質(zhì)子、中子、電子組成的，另外又發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有自己的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。所以，從20世紀(jì)后半期起，就將“基本”二字去掉，統(tǒng)稱為粒子。 2．發(fā)現(xiàn)新粒子與夸克模型 (1)反粒子 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)著許多粒子都存在質(zhì)量、壽命、自旋等物理性質(zhì)與過去已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的粒子相同，而電荷等其他性質(zhì)相反的粒子，這些粒子叫做反粒子。例如，電子的反粒子就是正電子。 (2)粒子的分類 按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，可將粒子分為三大類： ①強(qiáng)子：參與強(qiáng)相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的

4、強(qiáng)子。 ②輕子：不參與強(qiáng)相互作用的粒子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子。 ③媒介子：是傳遞各種相互作用的粒子，如光子、中間玻色子、膠子。 (3)夸克模型的提出 1964年提出的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由更基本的夸克組成的。 3．宇宙及恒星的演化 (1)宇宙演化 根據(jù)大爆炸理論，在宇宙形成之初是“粒子家族”盡顯風(fēng)采的時(shí)期。在大爆炸之后逐漸形成了夸克、輕子和膠子等粒子，隨后經(jīng)過強(qiáng)子時(shí)代、輕子時(shí)代、核合成時(shí)代。繼續(xù)冷卻，質(zhì)子、電子、原子等與光子分離而逐步組成恒星和星系。 (2)恒星的演化 ①恒星的形成：大爆炸后，在萬有引力作用下形成星云團(tuán)，進(jìn)一步凝聚使引力勢能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，溫度升高，直到發(fā)光，于是

5、恒星誕生了。 ②恒星演變：核聚變反應(yīng)，層級(jí)遞進(jìn)地在恒星內(nèi)發(fā)生，直到各種熱核反應(yīng)不再發(fā)生時(shí)，恒星的中心密度達(dá)到極大。 ③恒星歸宿：恒星最后的歸宿有三種，它們是白矮星、中子星、黑洞。 1．自主思考——判一判 (1)核聚變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量比裂變時(shí)小一些。(×) (2)輕核的聚變只要達(dá)到臨界質(zhì)量就可以發(fā)生。(×) (3)現(xiàn)在地球上消耗的能量絕大部分來自太陽內(nèi)部的聚變反應(yīng)。(√) (4)質(zhì)子、中子、電子都是不可再分的基本粒子。(×) (5)質(zhì)子和反質(zhì)子的電量相同，電性相反。(√) (6)按照夸克模型，電子所帶電荷不再是電荷的最小單元。(√) 2．合作探究——議一議

6、(1)核聚變?yōu)槭裁葱枰獛装偃f開爾文的高溫？ 提示：要使輕核發(fā)生聚變就必須使它們間的距離達(dá)到核力發(fā)生作用的距離，而核力是短程力，作用距離在10－15 m，在這個(gè)距離上時(shí)，質(zhì)子間的庫侖斥力非常大，為了克服庫侖斥力就需要原子核具有非常大的動(dòng)能才會(huì)撞到一起， 當(dāng)溫度達(dá)到幾百萬開爾文時(shí)，原子核就可以具有這樣大的動(dòng)能。 (2)受控核聚變中磁約束的原理是什么？ 提示：原子核帶有正電，垂直磁場方向射入磁場后在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，繞著一個(gè)中心不斷旋轉(zhuǎn)而不飛散開，達(dá)到約束原子核的作用。 (3)為什么說基本粒子不基本？ 提示：一方面是因?yàn)檫@些原來被認(rèn)為不可再分的粒子還有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，另一方面

7、是因?yàn)樾掳l(fā)現(xiàn)的很多種新粒子都不是由原來認(rèn)為的那些基本粒子組成的。 對(duì)核聚變的理解及應(yīng)用 1．聚變發(fā)生的條件 要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15 m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動(dòng)能。要使原子核具有足夠大的動(dòng)能，就要給它們加熱，使物質(zhì)達(dá)到幾百萬開爾文的高溫。 2．輕核聚變是放能反應(yīng) 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(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)。 3．核聚變的特點(diǎn) (1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量。 (2)熱核反應(yīng)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(yīng)進(jìn)行下

8、去。 (3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆。 4．核聚變的應(yīng)用 (1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)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?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段。 5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別 重核裂變 輕核聚變 放能原理 重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能 兩個(gè)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(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量要大3～4倍 核廢料處理難度 聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡單得多 原料的蘊(yùn)藏量 核裂變?nèi)剂镶櫾诘?/p>

9、球上儲(chǔ)量有限，尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占0.7% 主要原料是氘，氘在地球上的儲(chǔ)量非常豐富，1 L海水中大約有0.03 g氘，如果用來進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300 L汽油相當(dāng) 可控性 速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能 目前，除氫彈以外，人們還不能控制它 [典例]　 太陽的能量來自下面的反應(yīng)：四個(gè)質(zhì)子(氫核)聚變成一個(gè)α粒子，同時(shí)發(fā)射兩個(gè)正電子，若太陽輻射能量的總功率為P，質(zhì)子H、氦核He、正電子e的質(zhì)量分別為mp、mα、me，真空中的光速為c，求： (1)寫出核反應(yīng)方程； (2)核反應(yīng)所釋放的能量ΔE； (3)1 s內(nèi)參

10、與上述熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目。 [思路點(diǎn)撥]　 (1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒書寫核反應(yīng)方程。 (2)由愛因斯坦質(zhì)能方程求解釋放的能量。 (3)由功率的定義求1 s內(nèi)參與反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)。 [解析]　(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可得核反應(yīng)方程為4H→He＋2e。 (2)質(zhì)量虧損Δm＝4mp－mα－2me，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程：ΔE＝Δmc2，核反應(yīng)釋放的能量，ΔE＝(4mp－mα－2me)c2。 (3)設(shè)單位時(shí)間內(nèi)參與熱核反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為N，依據(jù)能量關(guān)系 P＝，有N＝。 [答案]　(1)4H→He＋2e　(2)(4mp－mα－2me)c2　(3) 輕核聚變釋放核能的計(jì)算方

11、法 1．根據(jù)質(zhì)量虧損計(jì)算。 根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損(Δm)的千克數(shù)乘以真空中的光速(c＝3×108 m/s)的平方，即ΔE＝Δmc2?！、? 2．根據(jù)1個(gè)原子質(zhì)量單位(u)相當(dāng)于931.5 MeV能量，用核子結(jié)合成原子核時(shí)質(zhì)量虧損的原子質(zhì)量單位數(shù)乘以931.5 MeV， 即ΔE＝Δm×931.5 MeV?！、? 注意：式①中Δm的單位為kg；式②中Δm的單位是u，ΔE的單位是MeV?！? 　　　 1．(多選)科學(xué)家使用核反應(yīng)獲取氚，再利用氘和氚的核反應(yīng)獲得能量，核反應(yīng)方程分別為：X＋Y→He＋H＋4.9 MeV和H＋H→He＋X＋17.6 MeV，下列表述正

12、確的有(　　) A．X是中子 B．Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)是6 C．兩個(gè)核反應(yīng)都沒有質(zhì)量虧損 D．氘和氚的核反應(yīng)是核聚變反應(yīng) 解析：選AD　核反應(yīng)方程遵守核電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒，則由H＋H→He＋X＋17.6 MeV知X為n，由X＋Y→He＋H＋4.9 MeV知Y為Li，其中Y的質(zhì)子數(shù)是3，中子數(shù)也是3，選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。兩個(gè)核反應(yīng)都釋放出核能，故都有質(zhì)量虧損，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。X＋Y→He＋H＋4.9 MeV是原子核的人工轉(zhuǎn)變，H＋H→He＋n＋17.6 MeV為輕核聚變，選項(xiàng)D正確。 2．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：H＋H―→He＋x，式中x是某種

13、粒子。已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u＝，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是________，該反應(yīng)釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。 解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是n(中子)。核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝(2.014 1 u＋3.016 1 u－4.002 6 u－1.008 7 u)＝0.018 9 u，所以該反應(yīng)釋放出的能量為 ΔE＝Δm·c2＝17.6 MeV。 答案：n(或中子)　17.6 新粒子的發(fā)現(xiàn)和夸克模型 1．新粒

14、子的發(fā)現(xiàn)及特點(diǎn) 發(fā)現(xiàn)時(shí)間 1932年 1937年 1947年 20世紀(jì)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(diǎn) 質(zhì)量與相對(duì)應(yīng)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)量介于電子與核子之間 其質(zhì)量比質(zhì)子大 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(qiáng)子 參與強(qiáng)相互作用 質(zhì)子、中子、介子、超子 強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由“夸克”構(gòu)成；強(qiáng)子又可分為介子和重子 輕子 不參與強(qiáng)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、中間玻

15、色子、膠子 光子、中間玻色子、膠子分別傳遞電磁、弱、強(qiáng)相互作用 3．夸克模型 (1)夸克的提出：1964年美國物理學(xué)家蓋爾曼提出了強(qiáng)子的夸克模型，認(rèn)為強(qiáng)子是由夸克構(gòu)成的。 (2)夸克的種類：上夸克(u)、下夸克(d)、奇異夸克(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?jǐn)?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＋，下夸克帶的電荷量為－。 (4)意義：電子電荷不再是電荷的最小單位，即存在分?jǐn)?shù)電荷。 1．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(fēng)采的時(shí)期，那么在大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是(　

16、　) A．夸克、輕子、膠子等粒子 B．質(zhì)子和中子等強(qiáng)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：選A　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(qiáng)子時(shí)代，再之后是自由光子、中微子、電子大量存在的輕子時(shí)代，再之后是中子和質(zhì)子組合成氘核，并形成氦核的核合成時(shí)代，之后電子和質(zhì)子復(fù)合成氫原子，最后形成恒星和星系，因此A正確，B、C、D錯(cuò)誤。 2．(多選)已知π＋介子、π－介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如表所示，表中e為元電荷。 粒子 π＋ π－ u d 帶電荷量

17、＋e －e ＋ － － ＋ 下列說法正確的是(　　) 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：選AD　因π＋介子帶有＋e的電荷量，且是由一個(gè)夸克和一個(gè)反夸克組成的，則夸克u帶＋e和反夸克帶＋e合成電荷量為＋e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克組成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克組成，所以A、D正確。 3．在β衰變中常伴有一種稱為“中微子”的粒子放出。中微子的性質(zhì)十分特別，因此在實(shí)驗(yàn)中很難探測。1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在。 (1)

18、中微子與水中的H發(fā)生核反應(yīng)，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________。(填寫選項(xiàng)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(yīng)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€(gè)光子(γ)，即e＋e→2γ，已知正電子和電子的質(zhì)量都為9.1×10－31 kg，反應(yīng)中產(chǎn)生的每個(gè)光子的能量約為________J。正電子與電子相遇不可能只轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光子，原因是____________________________________________________________

19、____________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)發(fā)生核反應(yīng)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，選項(xiàng)A正確。 (2)產(chǎn)生的能量是由于質(zhì)量虧損。兩個(gè)電子轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)光子之后，質(zhì)量變?yōu)榱?，則E＝Δmc2，故一個(gè)光子的能量為，代入數(shù)據(jù)得＝8.2×10－14 J。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(dòng)量為零，故只有產(chǎn)生2個(gè)光子，此過程才遵循動(dòng)量守恒定律。 答案：見解析 1．關(guān)于粒子，下列說法

20、正確的是(　　) A．電子、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．強(qiáng)子都是帶電的粒子 C．夸克模型是探究三大類粒子結(jié)構(gòu)的理論 D．夸克模型說明電子不再是電荷的最小單位 解析：選D　由于質(zhì)子、中子是由不同夸克組成的，它們不是最基本的粒子，不同夸克構(gòu)成強(qiáng)子，有的強(qiáng)子帶電，有的強(qiáng)子不帶電，故A、B錯(cuò)誤；夸克模型是研究強(qiáng)子結(jié)構(gòu)的理論，不同夸克帶電不同，分別為＋e和－e，說明電子電荷不再是電荷的最小單位，故C錯(cuò)誤，D正確。 2．20世紀(jì)30年代以來，人們?cè)趯?duì)宇宙射線的研究中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一些新的粒子，K介子和π介子就是科學(xué)家在1947年發(fā)現(xiàn)的。K－介子的衰變方程為K－→π0＋π－，

21、其中K－介子和π－介子帶負(fù)電，電荷量等于元電荷的電荷量，π0 介子不帶電。如圖所示，一個(gè)K－介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中，其軌跡為圖中的圓弧虛線，K－介子衰變后，π0介子和π－介子的軌跡可能是(　　) 解析：選A　π0介子不帶電，在磁場中不偏轉(zhuǎn)，π－介子帶負(fù)電，在磁場中洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，再根據(jù)動(dòng)量守恒判定知A正確。 3．(多選)關(guān)于輕核聚變，下列說法正確的是(　　) A．兩個(gè)輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)要吸收能量 B．同樣質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生聚變時(shí)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大很多 C．聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積 D．發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的

22、原子核必須有足夠大的動(dòng)能 解析：選BD　根據(jù)比結(jié)合能圖線可知，聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)中會(huì)釋放能量，故A錯(cuò)誤；聚變反應(yīng)中平均每個(gè)核子放出的能量比裂變反應(yīng)中每個(gè)核子放出的能量大3～4倍，故B正確；裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積，而聚變反應(yīng)時(shí)，要使輕核之間的距離達(dá)到10－15 m以內(nèi)，這需要原子核有很大的動(dòng)能才可以實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，故C錯(cuò)誤，D正確。 4．(多選)下列說法正確的是(　　) A.N＋H→C＋He是α衰變方程 B.H＋H→He＋γ是核聚變反應(yīng)方程 C.U→Th＋He是核裂變反應(yīng)方程 D.He＋Al→P＋n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程 解析：選BD　衰變是在沒有粒

23、子轟擊的情況下，原子核自發(fā)地放出α粒子或β粒子的反應(yīng)，N在質(zhì)子的轟擊下發(fā)生的核反應(yīng)屬于人工轉(zhuǎn)變，A錯(cuò)；H＋H―→He＋γ是兩個(gè)質(zhì)量較輕的核結(jié)合成了質(zhì)量較重的核，是核聚變反應(yīng)，B對(duì)；U→Th＋He是α衰變，裂變必須形成兩個(gè)中等質(zhì)量的核，C錯(cuò)；用α粒子去轟擊原子核，產(chǎn)生新原子核并放出一個(gè)粒子，這是原子核的人工轉(zhuǎn)變，D對(duì)。 5．(多選)下列關(guān)于聚變的說法中，正確的是(　　) A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服核力做功 B．輕核聚變需要幾百萬開爾文的高溫，因此聚變又叫做熱核反應(yīng) C．原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬開爾文的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng) D．太陽和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進(jìn)行著熱核反應(yīng)

24、解析：選BCD　輕核聚變時(shí)，要使輕核之間距離達(dá)到10－15 m，所以必須克服庫侖斥力做功，達(dá)到核力作用的范圍，A錯(cuò)誤；原子核必須有足夠的動(dòng)能，才能使它們接近到核力能發(fā)生作用的范圍，實(shí)驗(yàn)證實(shí)，原子核必須處在幾百萬開爾文的高溫下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，故B、C正確；在太陽和其他恒星內(nèi)部都存在著熱核反應(yīng)，D正確。 6．恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各種熱核反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到108 K時(shí)，可以發(fā)生“氦燃燒”。 (1)完成“氦燃燒”的核反應(yīng)方程：He＋________→Be＋γ。 (2)Be是一種不穩(wěn)定的粒子，其半衰期為2.6×10－16s。一定質(zhì)量的Be，經(jīng)7.8

25、×10－16s后所剩Be占開始時(shí)的________。 解析：(1)根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可知He＋He→Be＋γ。 (2)經(jīng)歷半衰期的次數(shù)n＝＝＝3，故剩余的占開始時(shí)的3＝。 答案：(1)He(或α)　(2)(或12.5%) 7．正電子是電子的反粒子，它跟普通電子的電量相等，而電性相反，科學(xué)家設(shè)想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)——反物質(zhì)。1997年初和年底，歐洲和美國的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)先后宣布：他們分別制造出9個(gè)和7個(gè)反氫原子，這是人類探索反物質(zhì)的一大進(jìn)步。你推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是(　　) A．由一個(gè)帶正電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 B．由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一

26、個(gè)帶正電荷的電子構(gòu)成 C．由一個(gè)不帶電的中子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 D．由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成 解析：選B　反氫原子的結(jié)構(gòu)應(yīng)該是反質(zhì)子與反電子組成，即一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶正電荷的電子構(gòu)成。 8．如下一系列核反應(yīng)是恒星內(nèi)部發(fā)生的。 p＋C→N　N―→C＋e＋＋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為一種中微子。已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 648×10－27 kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 929×10－27 kg，正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31 kg，中微子的質(zhì)

27、量可忽略不計(jì)。真空中的光速c＝3.00×108 m/s，試計(jì)算該系列反應(yīng)完成后釋放的能量。 解析：為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項(xiàng)，系列反應(yīng)最終等效為 4p→α＋2e＋＋2ν 設(shè)反應(yīng)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＝3.95×10－12 J。 答案：3.95×10－12 J 9．有一種聚變反應(yīng)是四個(gè)氫核聚變成一個(gè)氦核，同時(shí)放出兩個(gè)正電子。求： (1)該聚變反應(yīng)釋放多少能量？ (2)若1 g氫完全聚變，能釋放多少能量？ (3)1 g氫完全聚變，釋放的能量相

28、當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的燃燒值q＝3.36×107 J/kg，氫核質(zhì)量為1.008 142 u，氦核質(zhì)量為4.001 509 u，電子的質(zhì)量為0.000 549 u) 解析：(1)核反應(yīng)方程為：4H→He＋2e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008 142 u－4.001 509 u－2×0.000 549 u＝0.029 961 u ΔE＝Δmc2＝0.029 961 uc2＝0.029 961×931.5 MeV＝27.91 MeV＝4.47×10－12 J。 (2)1 g氫完全聚變釋放的能量為 E＝×6.02×1023×4.47×10－12 J＝6.73×1011 J。 (3)相當(dāng)于煤完全燃燒的質(zhì)量為： m＝ kg＝2.00×104 kg。 答案：(1)4.47×10－12 J　(2)6.73×1011 J (3)2.00×104 kg 11