2024-2025學年高中物理課時分層作業(yè)17核聚變粒子和宇宙含解析新人教版選修3-5

PAGE3-課時分層作業(yè)(十七)(時間：15分鐘分值：50分)一、選擇題(本題共6小題，每小題6分)1．關于核聚變，以下說法正確的是()A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為平安、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，必需使它們的距離達到10－10m以內(nèi)，核力才能起作用D．核聚變比核裂變更易限制[解析]與裂變相比，核聚變有下面的幾個優(yōu)勢：(1)平安、清潔、輻射少；(2)核燃料儲量多；(3)核廢料易處理．但核聚變不易限制，其發(fā)電還沒有投入實際運行．所以正確的只有選項A.[答案]A2．關于輕核聚變釋放核能，下列說法正確的是()A．一次聚變反應肯定比一次裂變反應釋放的能量多B．聚變反應比裂變反應每個核子釋放的平均能量肯定大C．聚變反應中粒子的比結合能變小D．聚變反應中由于形成質(zhì)量較大的核，故反應后質(zhì)量變大[解析]聚變反應的比結合能大于裂變反應的比結合能，但參加的核子數(shù)目裂變大于聚變，故聚變反應釋放的總能量不肯定多，故A、C錯，B對；由于聚變反應釋放能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，故聚變后核的質(zhì)量削減，故D錯．[答案]B3．(多選)我國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，使等離子體約束時間達1000s，溫度超過1億攝氏度，這標記著我國磁約束核聚變探討進入國際先進水平．合肥也成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變試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．兩個氘核聚變成一個eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m2)c2[解析]由核反應方程2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X知X應為中子，釋放的核能應為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，故A、C錯誤，B、D正確．[答案]BD4．(多選)一個質(zhì)子和一個中子聚變結合成一個氘核，同時輻射一個γ光子．已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為h，真空中的光速為c，若產(chǎn)生的核能全部被γ光子帶走．下列說法正確的是()A．核反應方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3C．輻射出γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)c2D．γ光子的波長λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)[解析]該核反應方程質(zhì)量數(shù)不守恒，故A錯誤；聚變反應中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3，故B正確；聚變反應中虧損的質(zhì)量轉化為能量以光子的形式放出，故光子能量為E＝(m1＋m2－m3)c2，故C錯誤；依據(jù)E＝eq\f(hc,λ)＝(m1＋m2－m3)c2，得光子的波長為λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，故D正確．[答案]BD5．(多選)核聚變能是一種具有經(jīng)濟性能優(yōu)越、平安牢靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢的新能源．近年來，受控核聚變的科學可行性已得到驗證，目前正在突破關鍵技術，最終將建成商用核聚變電站．一種常見的核聚變反應是由氫的同位素氘(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2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0160u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u,1u＝1.66×10－27kg.則這個核反應釋放出來的能量為(光速c＝3.00×108m/s,1u相當于931.5MeV)()A．2.8×10－10J B．2.8×10－12JC．1.75MeV D．17.5MeV[解析]核反應釋放出來的能量：ΔE＝Δmc2，Δm＝(m氘＋m氚)－(mHe＋mn)＝0.0188u，由計算得：ΔE＝2.8×10－12J＝17.5MeV，故B、D正確[答案]BD6．(多選)在某些恒星內(nèi)，3個α粒子結合成一個C，C原子的質(zhì)量是12.0000u，He原子的質(zhì)量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg,1u相當于931.5MeV，則()A．反應過程中的質(zhì)量虧損是Δm＝0.0078uB．反應過程中的質(zhì)量虧損是Δm＝1.2948×10－29kgC．反應過程中放出的能量約為7.266MeVD．反應過程中放出的能量約為1.16×10－19J[解析]其反應方程是3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C.其質(zhì)量虧損為Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u，A對；Δm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.2948×10－29kg，B對；ΔE＝0.0078×931.5MeV≈7.266MeV，C對；ΔE≈7.266×106×1.6×10－19J≈1.16×10－12J，D錯．[答案]ABC二、非選擇題(14分)7．已知氘核質(zhì)量為2.0136u，中子質(zhì)量為1.0087u，eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量為3.0150u．兩個速率相等的氘核對心碰撞聚變成eq\o\al(3,2)He并放出一個中子，釋放的核能全部轉化為機械能．(質(zhì)量虧損為1u時，釋放的能量為931.5MeV.除了計算質(zhì)量虧損外，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量可以認為是中子的3倍)(1)寫出該核反應的反應方程式．(2)該核反應釋放的核能是多少？(3)若測得反應后生成中子的動能是3.12MeV，則反應前每個氘核的動能是多少MeV?[解析](1)核反應方程為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n(2)質(zhì)量虧損為：Δm＝2.0136×2u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，釋放的核能為：ΔE＝Δmc2＝0.0035×931.5MeV＝3.26MeV(3)設中子和eq\o\al(3,2)He核的質(zhì)量分別為m1、m2，速度分別為v1、v2.反應前每個氘核的動能是E0，反應后中子和eq\o\al(3,2)He核動能分別為E1、E2，依據(jù)動量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，eq\f(E1,E2)＝eq\f(p2,2m1)∶eq\f(p2,2m2)＝eq\f(m2,m1)＝3，E2＝e