2018-2019學年高中物理 第十九章 原子核 7 核聚變 8 粒子和宇宙課堂演練 新人教版選修3-5.doc

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7 核聚變 8 粒子和宇宙 1.下列核反應方程式中，表示核聚變過程的是（　?。? A.P→Si＋e B.H＋H→H＋n C.6C→7N＋　0－1e D.90U→90Th＋He 解析：輕核聚變是指把輕核結合成質(zhì)量較大的核，并釋放出核能的反應，所以由此可知A是衰變反應，B是輕核聚變，C是β衰變，D是α衰變，B正確. 答案：B 2．(多選)如圖所示，托卡馬克(Tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置，這個詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的頭兩個字母以及katushka(線圈)的第一個字母組成的縮寫詞．根據(jù)以上信息，下述判斷中可能正確的是(　　) A．這種裝置的核反應原理是輕核的聚變，同時釋放出大量的能量，和太陽發(fā)光的原理類似 B．線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場使帶電粒子在磁場中旋轉而不溢出 C．這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應原理相同 D．這種裝置可以控制熱核反應速度，使聚變能緩慢而穩(wěn)定地進行 解析：聚變反應原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A項正確；線圈通電時產(chǎn)生磁場，帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用不飛出，故B項正確；核電站的原理是裂變，托爾馬克的原理是聚變，故C項錯誤；該裝置使人們可以在實驗室控制反應速度，平穩(wěn)釋放核能，故D項正確． 答案：ABD 3．一個氘核(H)與一個氚核(H)發(fā)生聚變，產(chǎn)生一個中子和一個新核，并出現(xiàn)質(zhì)量虧損．聚變過程中(　　) A．吸收能量，生成的新核是He B．放出能量，生成的新核是He C．吸收能量，生成的新核是He D．放出能量，生成的新核是He 解析：聚變反應出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定放出能量，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，生成的新核是He，選項B正確． 答案：B 4.已經(jīng)證實，質(zhì)子、中子都是由稱為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為e，下夸克帶電為－e，e為電子所帶電量的大小，如果質(zhì)子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離都為l，l＝1.510－15 m.試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個夸克之間的靜電力（庫侖力）. 解析：質(zhì)子帶電為＋e，所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的.按題意，三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處，這時上夸克與上夸克之間的靜電力應為Fuu＝k＝k 代入數(shù)值解得Fuu＝46 N，為斥力上、下夸克之間的靜電力F′ud＝k＝k 代入數(shù)值解得：F′ud＝23 N，為吸引力. 答案：上夸克間靜電力F＝46 N，為斥力上、下夸克間靜電力為23 N，為吸力 [A級　抓基礎] 1.關于粒子的分類，目前人們認為粒子世界是由下列哪三類粒子構成的（　?。? A.媒介子、夸克、強子　 B.夸克、輕子、強子 C.媒介子、輕子、強子 D.質(zhì)子、中子、電子 解析：按照粒子與各種相互作用的不同關系，把粒子分為三大類，即強子、輕子和媒介子. 答案：C 2.關于核聚變，以下說法不正確的是（　?。? A.與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔 B.世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站 C.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 D.地球聚變?nèi)剂系膬α渴重S富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核 解析：與裂變相比，核聚變有下面的幾個優(yōu)勢：（1）安全、清潔、輻射少；（2）核燃料儲量多；（3）核廢料易處理.但核聚變發(fā)電還沒有投入實際運行，所以B項是不正確的. 答案：B 3．關于核反應方程：H＋H→He＋X.用c表示光速，則(　　) A．X是質(zhì)子，核反應放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2 B．X是中子，核反應放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2 C．X是質(zhì)子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘以c2 D．X是中子，核反應放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和，再乘以c2 解析：由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律，可得X為n(中子)，再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應放出的能量為反應前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D項正確． 答案：D 4.（多選）2006年9月28日，我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次發(fā)電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時間達1 000 s，溫度超過1億度，標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平.合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚實驗裝置并能實際運行的地方.核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富，已知氘核的質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是（　?。? A.兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是質(zhì)子 B.兩個氘核聚變成一個He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子 C.兩個氘核聚變成一個He所釋放的核能為（2m1－m3－m4）c2 D.與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應堆產(chǎn)生的廢物具有放射性 解析：由核反應方程2H―→He＋X知，X應為中子，釋放的核能ΔE＝（2m1－m3－m2）c2，聚變反應的污染非常小.而現(xiàn)實運行的裂變反應的廢料具有很強的放射性，故A、C錯誤，B、D正確. 答案：BD B級　提能力 5．“超導托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控熱核反應實驗裝置．設該實驗反應前氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為m2，反應后氦核的質(zhì)量為m3，中子的質(zhì)量為m4，光速為c.下列說法中不正確的是(　　) A．這種裝置中發(fā)生的核反應方程式是H＋H→He＋n B．由核反應過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．核反應放出的能量等于 (m1＋m2－m3－m4 )c2 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不相同 解析：可控熱核反應裝置中發(fā)生的核反應方程式是H＋H→He＋n，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；核反應過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；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D正確． 答案：B 6.如下一系列核反應是在恒星內(nèi)部發(fā)生的. p＋6C―→7N　7N―→6C＋e＋＋ν p＋6C―→7N　p＋7N―→8O 8O―→7N＋e＋＋ν　P＋7N―→6C＋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 64810－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 92910－27kg， 正電子的質(zhì)量為me＝9.1110－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計，真空中的光速c＝3.00108 m/s，試計算該系列核反應完成后釋放的能量. 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分別相加，消去兩側相同的項，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)能關系和能量守恒得 4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q 代入數(shù)值可得Q＝3.9510－12J. 答案：3.9510－12J 7．太陽和許多恒星發(fā)光是內(nèi)部核聚變的結果，核反應方程H＋H→X＋e＋νc是太陽內(nèi)部的許多核反應中的一種，其中e為正電子，νc為中微子． (1) 確定核反應方程中a、b的值． (2)在質(zhì)子與質(zhì)子達到核力作用范圍完成核聚變前必須要克服強大的庫侖斥力．設質(zhì)子的質(zhì)量為m，電子質(zhì)量相對小得多可忽略，中微子質(zhì)量為零，克服庫侖力做功為W.若一個運動的質(zhì)子與一個速度為零的質(zhì)子發(fā)生上述反應，運動質(zhì)子速度至少多大？ 解析：(1)根據(jù)核反應的質(zhì)量數(shù)及電荷數(shù)守恒可知a＝1，b＝2. (2)由動量守恒定律可知：mv0＝2mv 由能量關系可知：－W＝(2m)v2－mv. 解得v0＝ . 答案：(1)a＝1，b＝2　(2)