高中物理人教版5本冊(cè)總復(fù)習(xí)總復(fù)習(xí) 第19章7核聚變8粒子和宇宙

7核聚變8粒子和宇宙學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)1.知道聚變反應(yīng)，關(guān)注受控聚變反應(yīng)研究的進(jìn)展．2．通過(guò)核能的利用，思考科學(xué)技術(shù)與社會(huì)進(jìn)步的關(guān)系．3．初步了解粒子物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)及恒星演化．4．了解、感受科學(xué)發(fā)展過(guò)程中蘊(yùn)藏著的科學(xué)和人文精神.核聚變eq\a\vs4\al([先填空])1．定義兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出能量的反應(yīng)．2．舉例eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV3．條件(1)輕核的距離要達(dá)到10－15_m以內(nèi)．(2)需要加熱到很高的溫度，因此又叫熱核反應(yīng)．4．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．約束方法磁約束和慣性約束．eq\a\vs4\al([再判斷])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(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部的聚變反應(yīng)．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．核聚變?yōu)槭裁葱枰獛装偃f(wàn)度的高溫？【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10－15m，在這個(gè)距離上時(shí)，質(zhì)子間的庫(kù)侖斥力非常大，為了克服庫(kù)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(wàn)度時(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(chǎng)方向射入磁場(chǎng)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．eq\a\vs4\al([合作探討])氫彈是核武器的一種，其殺傷破壞因素與原子彈相同，但威力比原子彈大得多，但要使氫彈內(nèi)發(fā)生輕核聚變反應(yīng)必須有極高的溫度和足夠大的碰撞幾率．探討1：怎樣才能引發(fā)氫彈爆炸？【提示】首先由普通炸藥引爆原子彈，再由原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)氫彈爆炸．探討2：為什么輕核的聚變反應(yīng)能夠比重核的裂變反應(yīng)釋放更多的核能？【提示】因?yàn)楹茌p的原子核比較重的原子核的核子平均質(zhì)量更大，聚變成質(zhì)量較大的原子核能產(chǎn)生更多的質(zhì)量虧損，所以平均每個(gè)核子釋放的能量就更大．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])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10－15m，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(wàn)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(yáng)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(jiǎn)單得多原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限，尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占%主要原料是氘，氘在地球上的儲(chǔ)量非常豐富.1L海水中大約有g(shù)氘，如果用來(lái)進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300L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1．下列關(guān)于聚變的說(shuō)法中正確的是()A．要使聚變產(chǎn)生，必須克服庫(kù)侖斥力做功B．輕核聚變需要幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，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(wàn)攝氏度的高溫，所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D．自然界中不存在天然的熱核反應(yīng)E．輕核聚變易控制，目前世界上的核電站多數(shù)是利用核聚變反應(yīng)釋放核能【解析】輕核聚變時(shí)，必須使輕核之間距離達(dá)到10－15m，所以必須克服庫(kù)侖斥力做功，A正確；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(wàn)攝氏度下才有這樣的能量，這樣高的溫度通常利用原子彈爆炸獲得，故B、C正確E錯(cuò)誤；在太陽(yáng)內(nèi)部或其他恒星內(nèi)部都進(jìn)行著熱核反應(yīng)，D錯(cuò)誤．【答案】ABC2．科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的eq\o\al(3,2)He(氦3)，它是一種高效、清潔、安全的核聚變?nèi)剂?，其參與的一種核聚變反應(yīng)方程為eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He，關(guān)于eq\o\al(3,2)He聚變下列表述正確的是()A．聚變反應(yīng)會(huì)釋放能量B．聚變反應(yīng)產(chǎn)生了新的原子核C．聚變反應(yīng)沒有質(zhì)量虧損D．目前核電站都采用eq\o\al(3,2)He聚變反應(yīng)發(fā)電E．聚變反應(yīng)一定有質(zhì)量虧損【解析】核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生新的原子核，同時(shí)由于發(fā)生了質(zhì)量虧損，會(huì)有核能的釋放，這是人類利用核能的途徑之一．目前核電站大多采用重核裂變的方法來(lái)釋放與利用核能發(fā)電．【答案】ABE3．氘核(eq\o\al(2,1)H)和氚核(eq\o\al(3,1)H)結(jié)合成氦核(eq\o\al(4,2)He)的核反應(yīng)方程如下：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n＋MeV(1)這個(gè)核反應(yīng)稱為________．(2)要發(fā)生這樣的核反應(yīng)，需要將反應(yīng)物質(zhì)的溫度加熱到幾百萬(wàn)開爾文．式中MeV是核反應(yīng)中________(填“放出”或“吸收”)的能量，核反應(yīng)后生成物的總質(zhì)量比核反應(yīng)前物質(zhì)的總質(zhì)量________(填“增加”或“減少”)了________kg(保留一位有效數(shù)字)．【解析】在輕核聚變反應(yīng)中，由于質(zhì)量虧損，放出核能，由ΔE＝Δmc2，可以求得Δm＝eq\f(ΔE,c2)≈3×10－29kg.【答案】(1)核聚變(2)放出減少3×10－291核聚變反應(yīng)和一般的核反應(yīng)一樣，也遵循電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，這是書寫核反應(yīng)方程式的重要依據(jù).2核能的計(jì)算關(guān)鍵是要求出核反應(yīng)過(guò)程中的質(zhì)量虧損，然后代入ΔE＝Δmc2進(jìn)行計(jì)算.粒子和宇宙eq\a\vs4\al([先填空])1．基本粒子不基本(1)直到19世紀(jì)末，人們都認(rèn)為光子、電子、質(zhì)子和中子是基本粒子．(2)隨著科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了很多的新粒子并不是由以上基本粒子組成的，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)子、中子等本身也有復(fù)雜結(jié)構(gòu)．2．發(fā)現(xiàn)新粒子(1)新粒子：1932年發(fā)現(xiàn)了正電子，1937年發(fā)現(xiàn)了μ子，1947年發(fā)現(xiàn)了K介子和π介子及以后的超子等．(2)粒子的分類：按照粒子與各種相互作用的關(guān)系，可將粒子分為三大類：強(qiáng)子、輕子和媒介子．(3)夸克模型的提出：1964年美國(guó)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．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(guò)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(wàn)有引力作用下形成星云團(tuán)，進(jìn)一步凝聚使引力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，溫度升高，直到發(fā)光，于是恒星誕生了．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．eq\a\vs4\al([再判斷])1．質(zhì)子、中子、電子都是不可再分的基本粒子．(×)2．質(zhì)子和反質(zhì)子的電量相同，電性相反．(√)3．按照夸克模型，電子所帶電荷不再是電荷的最小單元．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．為什么說(shuō)基本粒子不基本？【提示】一方面是因?yàn)檫@些原來(lái)被認(rèn)為不可再分的粒子還有自己的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，另一方面是因?yàn)樾掳l(fā)現(xiàn)的很多種新粒子都不是由原來(lái)認(rèn)為的那些基本粒子組成的．2．恒星是如何形成的？它在哪個(gè)階段停留的時(shí)間最長(zhǎng)？【提示】宇宙塵埃在外界影響下聚集，某些區(qū)域在萬(wàn)有引力作用下開始向內(nèi)收縮，密度不斷增加，形成星云團(tuán)，星云團(tuán)進(jìn)一步凝聚使得引力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度升高．當(dāng)溫度上升到一定程度時(shí)就開始發(fā)光，形成恒星．恒星在輻射產(chǎn)生向外的壓力和引力產(chǎn)生的收縮壓力平衡階段停留時(shí)間最長(zhǎng)．eq\a\vs4\al([合作探討])探討1：什么是反粒子？所有的粒子都存在反粒子嗎？【提示】實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，許多粒子都有和它質(zhì)量相同而電荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子．按照粒子的對(duì)稱性，有一個(gè)粒子，就應(yīng)該有一個(gè)反粒子．探討2：夸克模型的提出有什么物理意義？【提示】夸克模型的提出是物理學(xué)發(fā)展史中的一個(gè)重大突破，它指出電子電荷不再是電荷的最小單元，即存在分?jǐn)?shù)電荷．而另一方面也說(shuō)明科學(xué)正是由于一個(gè)一個(gè)的突破才得到進(jìn)一步的發(fā)展．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．新粒子的發(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(guó)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－eq\f(1,3)或＋eq\f(2,3).例如，上夸克帶的電荷量為＋eq\f(2e,3)，下夸克帶的電荷量為－eq\f(e,3).(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．4．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()A．夸克 B．質(zhì)子C．輕子 D．中子E．膠子【解析】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、C、E正確，B、D錯(cuò)誤．【答案】ACE5．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eq\x\to(u)或反夸克eq\x\to(d))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－udeq\x\to(u)eq\x\to(d)帶電荷量＋e－e＋eq\f(2e,3)－eq\f(e,3)－eq\f(2e,3)＋eq\f(e,3)由此可知π＋由________和________組成，π－由________和________組成．【解析】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＋eq\f(2,3)e和反夸克eq\x\to(d)帶＋eq\f(1,3)e合成電荷量為e，那么π＋介子就是由夸克u和反夸克eq\x\to(d)組成的；同理，π－介子由夸克d和反夸克eq\x\to(u)組成．【答案】ueq\x\to(d)，deq\x\to(u)6．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(cè).1953年，萊尼斯和柯文建造了一個(gè)由大水槽和探測(cè)器組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用中微子與水中eq\o\al(1,1)H的核反應(yīng)，間接地證實(shí)了中微子的存在．(1)中微子與水中的eq\o\al(1,1)H發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生中子(eq\o\al(1,0)n)和正電子(eq\o\al(0,1)e)，即：中微子＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(1,0)n＋eq\o\al(0,1)e可以判定，中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別是________．(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eq\o\al(0,1)e＋eq\o\al(0,－1)e→2γ已知正電子和電子的質(zhì)量都為×10－31kg，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，原因是什么？【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.(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)榱悖瑒tE＝Δmc2，故一個(gè)光子的能量為eq\f(E,2)，代入數(shù)據(jù)得eq\f(E,2)＝×10－14J．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(guò)程才遵循動(dòng)量守恒定律．【答案】0和0×10－14J略對(duì)核反應(yīng)中新生成粒子的認(rèn)識(shí)新生成的粒子和實(shí)物粒子一樣，也能產(chǎn)生物質(zhì)波，它們之間發(fā)生相互作用時(shí)，同樣遵循動(dòng)量守恒定律等力學(xué)規(guī)律．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．關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子，下列說(shuō)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E．τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大，因此它屬于強(qiáng)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，τ子屬于輕子．【答案】ABC2．下列說(shuō)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(wàn)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E．媒介子是傳遞各種相互作用的粒子，膠子傳遞強(qiáng)相互作用【解析】聚變和裂變的反應(yīng)物和生成物完全不同，兩者無(wú)直接關(guān)系，并非互為逆反應(yīng)，故A錯(cuò)；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(wàn)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)．根據(jù)粒子相互作用的關(guān)系知E是正確的．【答案】BCE3．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(shuō)法中正確的是()A．裂變過(guò)程質(zhì)量增加B．裂變過(guò)程質(zhì)量虧損C．裂變過(guò)程和聚變過(guò)程都有質(zhì)量增加D．聚變過(guò)程有質(zhì)量虧損E．兩種核反應(yīng)都釋放出巨大的能量【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(guò)程均會(huì)有質(zhì)量虧損．【答案】BDE4．下列所述正確的是()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＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)E．光子是傳遞弱相互作用的粒子【解析】由三類粒子的特性可知A、B正確E錯(cuò)誤；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(guò)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＋eq\f(2,3)或－eq\f(1,3)，D正確．【答案】ABD5．關(guān)于核聚變，以下說(shuō)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(lái)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10－15mD．地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核E．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；(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B、E項(xiàng)是不正確的．【答案】ACD6．如圖19-7-1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19-7-1A．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E．這種裝置是利用電場(chǎng)來(lái)約束帶電粒子的【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，E錯(cuò)誤；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．“反物質(zhì)”是由“反粒子”構(gòu)成的，“反粒子”與其對(duì)應(yīng)的正粒子具有相同的質(zhì)量和相同的電荷量，但電荷符號(hào)相反，則反氫原子是由1個(gè)帶負(fù)電荷的________和1個(gè)帶正電荷的________構(gòu)成．【解析】根據(jù)反粒子定義，“反粒子”與“正粒子”具有相同質(zhì)量，但帶有等量的異種電荷．因此反氫原子是由eq\o\al(1,－1)H核和eq\o\al(0,1)e構(gòu)成的．【答案】反質(zhì)子正電子8．如下一系列核反應(yīng)是恒星內(nèi)部發(fā)生的．p＋1eq\o\al(2,6)C→1eq\o\al(3,7)N 1eq\o\al(3,7)N→1eq\o\al(3,6)C＋e＋＋νp＋1eq\o\al(3,6)C→1eq\o\al(4,7)N p＋1eq\o\al(4,7)N→1eq\o\al(5,8)O1eq\o\al(5,8)O→1eq\o\al(5,7)N＋e＋＋ν p＋1eq\o\al(5,7)N→1eq\o\al(2,6)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＝648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝929×10－27kg，正電子的質(zhì)量為me＝×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)．真空中的光速c＝×108m/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＝×10－12J.【答案】×10－12J[能力提升]9．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)1000s，溫度超過(guò)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，中子的質(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(shuō)法中正確的是()A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)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)eq\o\al(3,2)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)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2E．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2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X知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、E正確．【答案】BDE10．K－介子衰變的方程為K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子所帶負(fù)電的電荷量為元電荷，π0介子不帶電．如圖19-8-1所示的1個(gè)K－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的π－介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切，它的半徑Req\o\al(－,K)與Req\o\al(－,π)之比為2∶1，π0介子的軌跡未畫出，由此可知，π－的動(dòng)量大小與π0的動(dòng)量大小之比為________．圖19-8-1【解析】根據(jù)洛倫茲力提供向心力知，qvB＝mv2/R，故有p＝mv＝qBR，所以K－與π－的動(dòng)量大小之比為2∶1，規(guī)定K－的方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律得：peq\o\al(－,K)＝－pπ－＋pπ0，所以pπ0＝3pπ－.【答案】1∶311．已知氘核質(zhì)量為6u，中子質(zhì)量為7u，eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量為0u．兩個(gè)速率相等的氘核對(duì)心碰撞聚變成eq\o\al(3,2)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1u時(shí)，釋放的能量為MeV.除了計(jì)算質(zhì)量虧