高中物理人教版5第十九章原子核7核聚變 第十九章78粒子和宇宙

第十九章原子核7核聚變8粒子和宇宙1．關(guān)于太陽輻射的主要由來，下列說法正確的是()A．來自太陽中氫元素聚變反應(yīng)釋放的核能B．來自太陽中碳元素氧化釋放的化學(xué)能C．來自太陽中重元素裂變反應(yīng)釋放的核能D．來自太陽中本身儲存的大量內(nèi)能解析：太陽輻射的巨大能量主要來自太陽內(nèi)部氫核聚變成氦核時釋放的能量，只有選項A正確．答案：A2．(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(yīng)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(zhuǎn)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(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(yīng)速度，平穩(wěn)釋放核能，故D項正確．答案：ABD3．一個氘核(eq\o\al(2,1)H)與一個氚核(eq\o\al(3,1)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eq\o\al(4,2)HeB．放出能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeC．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)HeD．放出能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)He解析：聚變反應(yīng)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eq\o\al(4,2)He，選項B正確．答案：B4．(多選)2023年諾貝爾物理獎授予佩爾馬特等三位科學(xué)家，他們的獲獎工作是“通過觀測遙遠(yuǎn)的超新星，發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹”．物理學(xué)家為了解釋這一現(xiàn)象，提出了“暗能量”的概念．正是在暗能量的驅(qū)動下，宇宙出現(xiàn)了加速膨脹．宇宙中暗能量約占73%、約有23%是暗物質(zhì)，我們能看到的、接觸到的普通物質(zhì)約占4%.暗能量和暗物質(zhì)實質(zhì)至今尚未清楚，但科學(xué)家找到了暗物質(zhì)存在的間接證據(jù)，大型星系團中的星系具有極高的運動速度，星系團要束縛住這些星系，它的質(zhì)量應(yīng)該是我們觀測到質(zhì)量的100倍以上，大量的觀測分析證實了這一點.關(guān)于上述事實及理論假說，下列結(jié)論你認(rèn)為可能正確的是()A．暗能量力的作用表現(xiàn)為斥力B．暗物質(zhì)力的作用表現(xiàn)為引力C．從太陽系行星運動與星系團中的星系運動比較可知，宇宙中暗物質(zhì)分布是均勻的D．從太陽系行星運動與宇宙正在加速膨脹比較可知，宇宙中暗能量分布是不均勻的解析：由題意在暗能量的驅(qū)動下，宇宙出現(xiàn)了加速膨脹，說明暗能量力的作用表現(xiàn)為斥力，故A正確；星系團要束縛住這些星系，說明暗物質(zhì)力的作用表現(xiàn)為引力，故B正確；由題知宇宙中暗能量分布是不均勻的，故C錯誤、D正確．答案：ABDA級抓基礎(chǔ)1．關(guān)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(dá)到10－15m以內(nèi)，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：B2．(多選)下列說法正確的是()\o\al(15,)7N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程\o\al(1,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋γ是核聚變反應(yīng)方程\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂變反應(yīng)方程\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程解析：核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)方程的特點各有不同，衰變方程的左邊只有一個原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個輕核反應(yīng)，右邊是中等質(zhì)量的原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應(yīng)，右邊是中等質(zhì)量的原子核．人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核．由此可知B、D兩選項正確．答案：BD3．關(guān)于核反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.用c表示光速，則()A．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2B．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2C．X是質(zhì)子，核反應(yīng)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c2D．X是中子，核反應(yīng)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eq\o\al(1,0)n(中子)，再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D項正確．答案：D4．(多選)雷蒙德·戴維斯因研究來自太陽的中微子(νe)而獲得了2023年度諾貝爾物理學(xué)獎．他探測中微子所用的探測器的主體是一個貯滿615噸四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，中微子可以將一個氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€氬核，其核反應(yīng)方程式為νe＋eq\o\al(37,17)Cl→eq\o\al(37,18)Ar＋eq\o\al(0,－1)e.已知eq\o\al(37,17)Cl核的質(zhì)量為58u，eq\o\al(37,18)Ar核的質(zhì)量為91u，eq\o\al(0,－1)e的質(zhì)量為55u，1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為MeV.根據(jù)以上信息，可以判斷()A．中微子不帶電B．中微子就是中子\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是同位素D．參與上述反應(yīng)的中微子的最小能量約為MeV解析：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，可以判斷中微子所帶電荷數(shù)是零，質(zhì)量數(shù)是零，故A項正確；而中子的質(zhì)量數(shù)是1，故B項錯誤；同位素是電荷數(shù)相等，質(zhì)量數(shù)不等的同種元素，而eq\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是兩種不同的元素，故C項錯誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程得中微子的質(zhì)量m＝55＋91－58)u＝88u，而1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為MeV，所以中微子的最小能量是E＝×88MeV≈MeV，故D項正確．答案：AD5．(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(dá)1000s，溫度超過1億度，標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平．合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(dǎo)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，eq\o\al(3,2)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eq\o\al(3,2)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eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個粒子是中子C．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性解析：由核反應(yīng)方程知2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常?。F(xiàn)實運行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強的放射性，故A、C錯誤，B、D正確．答案：BDB級提能力6．“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實驗裝置．設(shè)該實驗反應(yīng)前氘核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(2,1)H))的質(zhì)量為m1，氚核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(3,1)H))的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(4,2)He))的質(zhì)量為m3，中子eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(1,0)n))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(yīng)方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反應(yīng)放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同解析：可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯誤；核反應(yīng)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(yīng)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(yīng)原理不相同，故D正確．答案：B7．核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源．近年來，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站．一種常見的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個中子．若已知氘原子的質(zhì)量為1u，氚原子的質(zhì)量為0u，氦原子的質(zhì)量為6u，中子的質(zhì)量為7u，1u＝×10－27kg(1)寫出氘和氚聚合的反應(yīng)方程；(2)試計算這個核反應(yīng)釋放出來的能量(光速c＝×108m解析：(1)根據(jù)電荷數(shù)守恒、質(zhì)量數(shù)守恒得，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)n.(2)由質(zhì)能方程，ΔE＝Δmc2解得ΔE＝1u＋0u－6u－7u)××10－27×(3×108)2＝×10－12J.答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)n(2)×10－12J8．太陽和許多恒星發(fā)光是內(nèi)部核聚變的結(jié)果，核反應(yīng)方程eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(b,a)X＋eq\o\al(0,1)e＋νc是太陽內(nèi)部的許多核反應(yīng)中的一種，其中eq\o\al(0,1)e為正電子，νc為中微子．(1)確定核反應(yīng)方程中a、b的值．(2)在質(zhì)子與質(zhì)子達(dá)到核力作用范圍完成核聚變前必