原子能粒子宇宙習(xí)題

1、原子能、粒子、宇宙一、選擇題1根據(jù)愛因斯坦的研究成果，物體的能量和質(zhì)量的關(guān)系是E=mc2，這一關(guān)系叫愛因斯坦質(zhì)能方程質(zhì)子的質(zhì)量為mp，中子的質(zhì)量為mn，氦核的質(zhì)量為，下列關(guān)系式正確的是（ ） A） B C D以上關(guān)系式都不正確2氫核、中子、氘核質(zhì)量分別為m1、m2、m3，那么氫核和中子結(jié)合為氘核時(shí)釋放出的能量表達(dá)式為（ ） Am3c2 B(m1+m2)c C(m3m1m2)c2 D(m1+m2m3)c23吸收一個(gè)慢中子后，分裂成和，還放出（ ） A1個(gè)粒子 B3個(gè)中子 C10個(gè)中子 D10個(gè)質(zhì)子4以下說法正確的是（ ） A聚變是裂變的逆反應(yīng) B如果裂變釋放能量，則聚變反應(yīng)必定吸收能量 C聚變須

2、將反應(yīng)物加熱至數(shù)百萬度以上高溫，顯然是吸收能量 D裂變與聚變均可釋放巨大能量5關(guān)于反粒子，下列說法正確的是（ ） A電子的反粒子就是正電子，它的電荷量與電子相同，但帶的是正電荷 B質(zhì)子的反粒子就是反質(zhì)子，它的電荷量與質(zhì)子相同，但帶的是負(fù)電荷 C粒子與它的反粒子質(zhì)量相同 D粒子與它的反粒子的物理性質(zhì)相反6下列關(guān)于粒子分類的說法中正確的是（ ） A強(qiáng)子是參與強(qiáng)相互作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子 B輕子是不參與強(qiáng)相互作用的粒子，每種輕子都有對(duì)應(yīng)的反粒子 C現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu) D媒介子是傳遞各種相互作用的粒子7K介子衰變的方程為：K+0，其中K介子和介子帶負(fù)的基元電荷，0介子不帶電一個(gè)

3、K介子沿垂直于磁場的方向射入勻強(qiáng)磁場中，其軌跡是圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的介子的軌跡是圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切，如圖所示它們的半徑RK與R之比為21，0介子的軌跡未畫出由此可知的動(dòng)量大小與0的動(dòng)量大小之比為（ ） A11 B12 C13 D16二、填空題8原子核的質(zhì)量小于組成它的核子的質(zhì)量之和，這個(gè)現(xiàn)象叫做_不同原子核的比結(jié)合能不一樣，_的核的比結(jié)合能最大這些核_9太陽每秒輻射的能量為3.8×1026 J，則其質(zhì)量每秒減少_kg10一個(gè)鈾核衰變?yōu)殁Q時(shí)釋放一個(gè)粒子，已知鈾核的質(zhì)量是3.853131×1025 kg，釷核的質(zhì)量為3.786567×1025 kg，粒子的質(zhì)

4、量為6.64672×1027 kg，在這個(gè)衰變過程中釋放出的能量等于_J（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）11質(zhì)子、中子和氘核的質(zhì)量分別為m1、m2和m3，質(zhì)子和中子結(jié)合成氘核時(shí)，發(fā)出一個(gè)光子，已知普朗克常量為h，真空中的光速為c，則光子的頻率為_12完成下列反應(yīng)方程 _；_； _；_13一個(gè)鋰核（）受到一個(gè)質(zhì)子的轟擊，變成兩個(gè)粒子，這一過程的核反應(yīng)方程是_已知一個(gè)氫原子的質(zhì)量是1.6736×1027 kg，一個(gè)鋰原子的質(zhì)量是11.6505×1027 kg，一個(gè)氦原子的質(zhì)量是6.6466×1027 kg，上述核反應(yīng)所釋放的能量等于_J（最后結(jié)果取三位有效數(shù)字）14

5、一個(gè)電子和一個(gè)正電子對(duì)撞發(fā)生“湮滅”而轉(zhuǎn)化為一對(duì)光子設(shè)正、負(fù)電子對(duì)撞前的質(zhì)量均為m，動(dòng)能均為Ek，光速為c，普朗克常量為h，則對(duì)撞過程中的質(zhì)量虧損為_；轉(zhuǎn)化成的光子在真空中波長=_15重核的裂變反應(yīng)、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、輕核的聚變反應(yīng)三者中，臨界體積是_的條件，107以上的高溫是_需要的條件16一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放出196 MeV的能量，則1 kg鈾235完全裂變時(shí)所放出的能量為_J，它相當(dāng)于_t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時(shí)放出的能量（煤的熱值為3.36×106 J）三、解答題171993年，中國科學(xué)院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素制取過程如下： （1）用質(zhì)子轟擊鈹產(chǎn)生快中子； （2）用

6、快中子轟擊汞，反應(yīng)過程可能有兩種：生成，放出氦原子核；生成，放出質(zhì)子、中子寫出上述核反應(yīng)方程式18如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的 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mp=1.672648×1027 kg，粒子的質(zhì)量為kg，正電子的質(zhì)量為kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)真空中的光速c=3.00×108 ms試計(jì)算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量19在鈾核裂變成鋇和氪的裂變反應(yīng)中，質(zhì)量虧損m=0.2153 u，那么，一個(gè)鈾核裂變釋放的能量為多少？反應(yīng)中平均每個(gè)核子釋放的能量為多少？20太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個(gè)質(zhì)子聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的熱核反應(yīng)這個(gè)核反應(yīng)釋

7、放出的大量能量就是太陽的能源 （1）寫出這個(gè)核反應(yīng)方程； （2）這一核反應(yīng)能釋放出多少能量？ （3）根據(jù)太陽每秒釋放能量3.8×1026 J，計(jì)算每秒鐘太陽的質(zhì)量減少多少千克（mp=1.0073 u，m=4.0015 u，me=0.00055 u）21已知物體從地球上的逃逸速度，其中G、M、R分別是萬有引力常量、地球的質(zhì)量和半徑已知G=6.67×1011 N·m2kg2、光速c=3×108 ms，求下列問題： （1）逃逸速度大于真空中光速的天體叫做黑洞，設(shè)某黑洞的質(zhì)量等于太陽的質(zhì)量M=1.98×1030 kg，求它可能的最大半徑； （2）在目前

8、天文觀測范圍內(nèi)，物質(zhì)的平均密度為0.4 kgm3，如果認(rèn)為我們的宇宙是這樣一個(gè)均勻大球體，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物體都不能脫離宇宙問宇宙的半徑至少多大？22如圖所示，有界的勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B=0.05 T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界，在磁場中A處放一個(gè)放射源，內(nèi)裝（鐳），放出某種放射線后衰變成（氡）試寫出衰變的方程若A距磁場的左邊界MN的距離OA=1.0 m時(shí)，放在MN左側(cè)的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質(zhì)量較小的粒子，此時(shí)接收器距離OA 1.0 m試推斷出一個(gè)靜止鐳核衰變時(shí)放出的能量是多少？（結(jié)果保留2位有效數(shù)字，取1 u=1.6

9、×1027 kg，電子電荷量e=1.6×1019 C）【答案與解析】一、選擇題1【答案】B 【解析】，2m。+2m。>m。，故B正確2【答案】D 【解析】，故D項(xiàng)正確3【答案】C 【解析】設(shè)放出的粒子的質(zhì)量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應(yīng)過程滿足質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒由題意可得，解得由此判斷該核反應(yīng)放出的一定是中子，且個(gè)數(shù)是104【答案】D 【解析】對(duì)A，從形式上看，裂變與聚變似乎是互為逆反應(yīng)，但其實(shí)不然，因?yàn)槎叩姆磻?yīng)物與生成物全然不同裂變是重核分裂成中等核，而聚變則是輕核聚合成為次輕核，無直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)對(duì)B，既然裂變與聚變不是互為逆反應(yīng)，則在能量的流向上也不必

10、相反對(duì)C，誠然，要實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，必須使參加反應(yīng)的輕核充分接近，需要數(shù)百萬度高溫提供能量但聚變反應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，所釋放的能量遠(yuǎn)大于所吸收的能量因此，總的說來，聚變反應(yīng)還是釋放熱量故D正確5【答案】A、B、C、D 6【答案】A、B、D7【答案】C 【解析】由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律知軌道半徑，所以即又由動(dòng)量守恒定律得所以二、填空題8【答案】質(zhì)量虧損 中等大小 最穩(wěn)定9【答案】4.2×109 【解析】由質(zhì)能方程E=mc2知10【答案】1.7×1011 【解析】，E=mc2得： =8.7×1013 J11【答案】(m1+m2m3)c2h 【解析】根據(jù)題意，可知反

11、應(yīng)中釋放的能量以射線的形式出現(xiàn)。則射線的能量就是反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損，而射線的能量又與射線的頻率有關(guān)容易求解 反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損為 m=m1+m2m3 釋放的能量為 E=mc2=(m1+m2m3)c2 光子的能量為 h=(m1+m2m3)c2 光子的頻率為 =(m1+m2m3)c2h 解答本題，只要準(zhǔn)確地掌握反應(yīng)前后的質(zhì)量虧損，也就抓住了解題的脈絡(luò)12【答案】 13【答案】 2.78×1012 【解析】核反應(yīng)方程為 則上述核反應(yīng)過程中質(zhì)量虧損為 上式中的質(zhì)量均可用其原子的質(zhì)量來代替原子核的質(zhì)量，這是因?yàn)殡娮淤|(zhì)量在上述虧損式中可消去，故 m=11.6505×1027 kg+1.

12、6736×1027 kg2×6.6466×1027 kg=0.0309×1027 kg 由愛因斯坦質(zhì)能方程可算出釋放的能量為 E=mc2=2.78×1012 J14【答案】2m 15【答案】鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 輕核的聚變反應(yīng)16【答案】8.03×1013 2.4×104【解析】1 kg鈾235完全裂變時(shí)所釋放的能量為相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)煤的質(zhì)量為 三、解答題17【答案】見解析?！窘馕觥浚?）；（2）；18【答案】3.95×1012 J 【解析】這一系列反應(yīng)最終等效為4p+2e+2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，可得Q

13、=3.95×1012 J19【答案】見解析。【解析】鈾核裂變時(shí)放出的能量： E=m×931.5 MeV=0.2153×931.5 MeV=201 MeV 鈾核中含有235個(gè)核子，所以平均每個(gè)核子放出的能量為： 放出的總能量除以核子的總個(gè)數(shù)，就是每個(gè)核子放出的能量20【答案】見解析。【解析】（1）核反應(yīng)方程是 （2）這一核反應(yīng)的質(zhì)量虧損是m=4mp2me=0.0266 u E=m×931.5 MeV=0.0266×931.5 MeV=24.78 MeV （3）由E=mc2得每秒鐘太陽質(zhì)量減少21【答案】見解析?！窘馕觥浚?）由題目所提供的信息可知，任何天體均存在其所對(duì)應(yīng)的逃逸速度v，對(duì)于黑洞來說，其逃逸速度大于真空中的光速，即vc，所以，即它可能的最大半徑為2.93 km （2）把宇宙視為一普通天體，則其質(zhì)量為，其中r為宇宙半徑，為宇宙密度，則宇宙所對(duì)應(yīng)的逃逸速度為，由于宇