最新201X版 第19章 7　核聚變 8　粒子和宇宙 學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)18

1、學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十八)(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子，下列說法正確的是 ()A許多粒子都有自己的反粒子B把粒子分為強(qiáng)子、輕子、媒介子，根據(jù)是粒子與各種相互作用的關(guān)系C質(zhì)子屬于強(qiáng)子D光子屬于輕子【解析】根據(jù)粒子的分類、粒子與反粒子描述知A、B、C正確；光子屬媒介子，D錯(cuò)誤【答案】ABC2(多選)下列說法正確的是 ()A聚變是裂變的逆反應(yīng)B核聚變反應(yīng)須將反應(yīng)物加熱到數(shù)百萬開爾文以上的高溫，反應(yīng)時(shí)放出能量C輕核聚變比裂變更為安全、清潔D強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，中子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子【解析】聚變和裂變的反應(yīng)物和生成物完全不同，兩者無直接關(guān)系，并非互為逆反應(yīng)，故A錯(cuò)；實(shí)現(xiàn)聚

2、變反應(yīng)必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬開爾文的高溫，但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量，所以聚變反應(yīng)還是釋放能量，故B正確；實(shí)現(xiàn)聚變需要高溫，一旦出現(xiàn)故障，高溫不能維持，反應(yīng)就自動(dòng)終止了，另外，聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)生成的廢物數(shù)量少，容易處理，故C對(duì)；質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故D錯(cuò)【答案】BC3(多選)重核裂變和輕核聚變是人們獲得核能的兩個(gè)途徑，下列說法中正確的是()A裂變過程質(zhì)量增加B裂變過程質(zhì)量虧損C裂變過程和聚變過程都有質(zhì)量增加D聚變過程有質(zhì)量虧損【解析】重核裂變和輕核聚變都能釋放巨大的能量，由愛因斯坦質(zhì)能方程知兩過程均會(huì)有質(zhì)量虧損【答案】BD4(多選)下列所述正確的是

3、()A強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子B輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子C目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有8種D夸克有6種，它們帶的電荷量分別為元電荷的或【解析】由三類粒子的特性可知A、B正確；而目前發(fā)現(xiàn)的輕子只有6種，C錯(cuò)誤；夸克模型經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已知夸克有6種，它們帶的電荷分別為元電荷的或，D正確【答案】ABD5關(guān)于核聚變，以下說法正確的是()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(dá)到1010 m以內(nèi)，核力才能起作用D核聚變比核裂變更易控制【解析】與裂變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲(chǔ)量多；

4、(3)核廢料易處理但核聚變不易控制其發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行所以正確的只有選項(xiàng)A.【答案】A6(多選)如圖19­7­1所示，托卡馬克(Tokamak) 是研究受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的頭兩個(gè)字母以及katushka(線圈)的第一個(gè)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()圖19­7­1A這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(shí)釋放出大量的能量，和太陽(yáng)發(fā)光的原理類似B線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)而不溢出C這種裝置同我國(guó)秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反

5、應(yīng)原理相同D這種裝置可以控制熱核反應(yīng)速度，使聚變能緩慢而穩(wěn)定地進(jìn)行【解析】聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A正確；線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用不飛出，故B正確；核電站的原理是裂變，托卡馬克的原理是聚變，故C錯(cuò)誤；該裝置使人們可以在實(shí)驗(yàn)中控制反應(yīng)速度，平穩(wěn)釋放核能，故D正確【答案】ABD7關(guān)于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：54472095】A一次聚變反應(yīng)一定比一次裂變反應(yīng)釋放的能量多B聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)每個(gè)核子釋放的平均能量一定大C聚變反應(yīng)中粒子的比結(jié)合能變小D聚變反應(yīng)中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應(yīng)后質(zhì)量變大【解析】聚變反應(yīng)的比結(jié)合能大于裂變反

6、應(yīng)的比結(jié)合能，但參與的核子數(shù)目裂變大于聚變，故聚變反應(yīng)釋放的總能量不一定多，故A、C錯(cuò)，B對(duì)，由于聚變反應(yīng)釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，故聚變后核的質(zhì)量減少，故D錯(cuò)【答案】B8如下一系列核反應(yīng)是恒星內(nèi)部發(fā)生的p1C1N1N1Cep1C1N p1N1O1O1Ne p1N1C其中p為質(zhì)子，為粒子，e為正電子，為一種中微子已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp1.672 648×1027 kg，粒子的質(zhì)量為m6.644 929×1027 kg，正電子的質(zhì)量為me×1031kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)真空中的光速c×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)

7、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4p2e2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4mpc2mc22mec2Q代入數(shù)值可得Q×1012 J.【答案】×1012 J能力提升9(多選)我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了EAST裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s，溫度超過1億攝氏度，這標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)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，

8、中子的質(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(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子 B兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1m3m4)c2D兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為(2m1m3m2)c2【解析】由核反應(yīng)方程2HHeX知X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為E(2m1m3m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小，而現(xiàn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確【答案】BD×1027 kg.則這個(gè)核反應(yīng)釋放出來的能量為(光速c×108 m/s,1 u相當(dāng)于931.5 Me

9、V)() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：54472097】×1010 J×1012 JC1.75 MeV D17.5 MeV【解析】核反應(yīng)釋放出來的能量：Emc2，m(m氘m氚)(mHemn)0.018 8 u，由計(jì)算得：E×1012 J17.5 MeV，故B、D正確【答案】BD11已知氘核質(zhì)量為2.013 6 u，中子質(zhì)量為1.008 7 u，He核的質(zhì)量為3.015 0 u兩個(gè)速率相等的氘核對(duì)心碰撞聚變成He并放出一個(gè)中子，釋放的核能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(質(zhì)量虧損為1 u時(shí)，釋放的能量為931.5 MeV.除了計(jì)算質(zhì)量虧損外，He的質(zhì)量可以認(rèn)為是中子的3倍)(1)寫出該核反應(yīng)的反應(yīng)方

10、程式(2)該核反應(yīng)釋放的核能是多少？(3)若測(cè)得反應(yīng)后生成中子的動(dòng)能是3.12 MeV，則反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是多少M(fèi)eV? 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：54472259】【解析】(1)核反應(yīng)方程為：HHHen(2)質(zhì)量虧損為：m2.013 6×2 u(3.015 0 u1.008 7 u)0.003 5 u，釋放的核能為：Emc20.003 5×931.5 MeV3.26 MeV(3)設(shè)中子和He核的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2.反應(yīng)前每個(gè)氘核的動(dòng)能是E0，反應(yīng)后中子和He核動(dòng)能分別為E1、E2，根據(jù)動(dòng)量守恒定律，得m1v1m2v20，3，E21.04 MeV由能量的轉(zhuǎn)化和守

11、恒定律，得E1E22E0E，E00.45 MeV.【答案】(1)HHHen(2)3.26 MeV(3)0.45 MeV12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，釋放的能量相當(dāng)于多少煤完全燃燒放出的熱能？(已知煤的熱值q×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) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：54472260】【解析】(1)核反應(yīng)方程為：4HHe2e，所以m4mHmHe2me4×1.008 142 u4.001 509 u2×0.000 5