2024-2025學(xué)年高中物理第十九章原子核7-8粒子和宇宙課堂演練含解析新人教版選修3-5

PAGE5-核聚變粒子和宇宙1.下列核反應(yīng)方程式中，表示核聚變過(guò)程的是（）A.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)eB.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(14,)6C→eq\o\al(14,)7N＋0－1eD.eq\o\al(238,)90U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He解析：輕核聚變是指把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出核能的反應(yīng)，所以由此可知A是衰變反應(yīng)，B是輕核聚變，C是β衰變，D是α衰變，B正確.答案：B2．(多選)如圖所示，托卡馬克(Tokamak)是探討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(xiě)詞．依據(jù)以上信息，下述推斷中可能正確的是()A．這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(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、大亞灣核電站所運(yùn)用核裝置的核反應(yīng)原理相同D．這種裝置可以限制熱核反應(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(xiàng)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項(xiàng)正確；核電站的原理是裂變，托爾馬克的原理是聚變，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；該裝置使人們可以在試驗(yàn)室限制反應(yīng)速度，平穩(wěn)釋放核能，故D項(xiàng)正確．答案：ABD3.（多選）關(guān)于輕核聚變和重核裂變，下列說(shuō)法正確的是（）A.聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積B.發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的原子核必需有足夠大的動(dòng)能C.我國(guó)已建成生產(chǎn)的秦山和大亞灣核電站，前者是利用核聚變釋放核能，后者是利用核裂變釋放核能D.一個(gè)質(zhì)子和兩個(gè)中子聚變成一個(gè)氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量為1.0073u，中子質(zhì)量為1.0087u，氚核質(zhì)量為3.0180u，則該反應(yīng)中釋放的核能約為6.24MeV（1u相當(dāng)于931.5MeV）解析：由核聚變的條件為須要高溫，發(fā)生核聚變時(shí)不須要達(dá)到臨界體積，A錯(cuò)誤；發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)，要求兩核子應(yīng)能達(dá)到較近的距離，故應(yīng)使原子核有足夠大的動(dòng)能，B正確；目前的核電站均采納核裂變；聚變的應(yīng)用尚在試驗(yàn)階段，C錯(cuò)誤；該核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝1.0073u＋2×1.0087u－3.0180u＝0.0067u，則釋放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0067×931MeV＝6.24MeV，D正確.答案：BD4.已經(jīng)證明，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eq\f(2,3)e，下夸克帶電為－eq\f(1,3)e，e為電子所帶電量的大小，假如質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的，且各個(gè)夸克之間的距離都為l，l＝1.5×10－15m.試計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力（庫(kù)侖力）.解析：質(zhì)子帶電為＋e，所以它是由2個(gè)上夸克和1個(gè)下夸克組成的.按題意，三個(gè)夸克必位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)處，這時(shí)上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為Fuu＝keq\f(\f(2,3)e×\f(2,3)e,l2)＝eq\f(4,9)keq\f(e2,l2)代入數(shù)值解得Fuu＝46N，為斥力上、下夸克之間的靜電力F′ud＝keq\f(\f(2,3)e×\f(1,3)e,l2)＝eq\f(2,9)keq\f(e2,l2)代入數(shù)值解得：F′ud＝23N，為吸引力.答案：上夸克間靜電力F＝46N，為斥力上、下夸克間靜電力為23N，為吸力[A級(jí)抓基礎(chǔ)]1.關(guān)于粒子的分類，目前人們認(rèn)為粒子世界是由下列哪三類粒子構(gòu)成的（）A.媒介子、夸克、強(qiáng)子 B.夸克、輕子、強(qiáng)子C.媒介子、輕子、強(qiáng)子 D.質(zhì)子、中子、電子解析：依據(jù)粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，把粒子分為三大類，即強(qiáng)子、輕子和媒介子.答案：C2.關(guān)于核聚變，以下說(shuō)法不正確的是（）A.與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為平安、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，必需使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，核力才能起作用D.地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量特別豐富，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(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）平安、清潔、輻射少；（2）核燃料儲(chǔ)量多；（3）核廢料易處理.但核聚變發(fā)電還沒(méi)有投入實(shí)際運(yùn)行，所以B項(xiàng)是不正確的.答案：B3．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(xiàng)正確．答案：D4.（多選）2006年9月28日，我國(guó)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(shí)間達(dá)1000s，溫度超過(guò)1億度，標(biāo)記著我國(guó)磁約束核聚變探討進(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)非圓截面核聚試驗(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.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ΔE＝（2m1－m3－m2）c2，聚變反應(yīng)的污染特別小.而現(xiàn)實(shí)運(yùn)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：BDB級(jí)提實(shí)力5.兩個(gè)氘核以相等的動(dòng)能Ek對(duì)心碰撞發(fā)生核聚變，核反應(yīng)方程為eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，中子的質(zhì)量為m3.假設(shè)核反應(yīng)釋放的核能E全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，下列說(shuō)法正確的是（）A.核反應(yīng)后氮核與中子的動(dòng)量相同B.該核反應(yīng)釋放的能量為E＝（m1－m2－m3）c2C.核反應(yīng)后氮核的動(dòng)能為eq\f(E＋2Ek,4)D.核反應(yīng)后中子的動(dòng)能為eq\f(E＋Ek,4)解析：核反應(yīng)前后兩氘核動(dòng)量和為零，因而反應(yīng)后氦核與中子的動(dòng)量等大反向，故A錯(cuò)誤；該核反應(yīng)前后釋放的能量ΔE＝（2m1－m2－m3）c2，故B錯(cuò)誤；由能量守恒可知，核反應(yīng)后的總能量為E＋2Ek，由Ek＝eq\f(p2,2m)及mHe＝3mn可知，核反應(yīng)后氦核的動(dòng)能為eq\f(（E＋2Ek）,4)，核反應(yīng)后中子的動(dòng)能為eq\f(3（E＋2Ek）,4)，故C正確，D錯(cuò)誤.答案：C6.如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的.p＋eq\o\al(12,)6C→eq\o\al(13,)7Neq\o\al(13,)7N→eq\o\al(13,)6C＋e＋＋νp＋eq\o\al(12,)6C→eq\o\al(14,)7Np＋eq\o\al(14,)7N→eq\o\al(15,)8Oeq\o\al(15,)8O→eq\o\al(15,)7N＋e＋＋νP＋eq\o\al(15,)7N→eq\o\al(12,)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＝1.672648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644929×10－27kg，正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽視不計(jì)，真空中的光速c＝3.00×108m/s，試計(jì)算該系列核反應(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)，系統(tǒng)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，依據(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＝3.95×10－12J.答案：3.95×10－12J7．太陽(yáng)和很多恒星發(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(yáng)內(nèi)部的很多核反應(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須要克服強(qiáng)大的庫(kù)侖斥力．設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，電子質(zhì)量相對(duì)小得多可忽視，中微子質(zhì)量為零，