高中物理人教版5第十九章原子核7核聚變 課時(shí)訓(xùn)練19核聚變粒子和宇宙

課時(shí)訓(xùn)練19核聚變粒子和宇宙題組一核聚變1.(多選)下列關(guān)于聚變的說法中,正確的是()A.要使聚變產(chǎn)生,必須克服庫侖斥力做功B.輕核聚變需要幾百萬攝氏度的高溫,因此聚變又叫熱核反應(yīng)C.原子彈爆炸能產(chǎn)生幾百萬攝氏度的高溫,所以氫彈利用原子彈引發(fā)熱核反應(yīng)D.太陽和許多恒星內(nèi)部都在激烈地進(jìn)行著熱核反應(yīng)解析:聚變時(shí),要使輕核之間的距離達(dá)到10-15m,所以必須克服庫侖斥力做功。原子核必須有足夠的動(dòng)能,才能使它們接近核力能發(fā)生作用的范圍。實(shí)驗(yàn)證明,原子核必須處在幾百萬攝氏度以上的高溫才有這樣的能量,氫彈是利用原子彈爆炸獲得高溫引發(fā)熱核反應(yīng)的。在太陽和許多恒星內(nèi)部存在著熱核反應(yīng)。答案:ABCD2.(多選)關(guān)于聚變,以下說法正確的是()A.兩個(gè)輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)釋放出能量B.同樣質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生聚變時(shí)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大好多倍C.聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積D.發(fā)生聚變反應(yīng)時(shí)的原子核必須有足夠大的動(dòng)能解析:兩個(gè)輕核聚合為較大質(zhì)量的原子核就可釋放能量,但不一定是中等質(zhì)量的核,故A錯(cuò)誤。聚變反應(yīng)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)放出的能量大得多,這點(diǎn)我們由聚變反應(yīng)的特點(diǎn)就可以知道,故B正確。裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積,而聚變反應(yīng)的條件是原子核間距達(dá)到10-15m,故要求有足夠大的動(dòng)能才能克服電荷間強(qiáng)大的斥力做功,故C錯(cuò)誤,D正確。答案:BD3.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在月球上含有豐富的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)的方程式為HeHe→He。關(guān)于He聚變,下列表述正確的是()A.聚變反應(yīng)不會(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He聚變反應(yīng)發(fā)電解析:聚變反應(yīng)是輕核變?yōu)檩^大質(zhì)量核的反應(yīng),發(fā)生質(zhì)量虧損,釋放能量。目前核電站采用重核裂變反應(yīng)。答案:B題組二粒子和宇宙4.關(guān)于粒子,下列說法中正確的是()A.光子、電子、質(zhì)子和中子是組成物質(zhì)的不可再分的最基本粒子B.質(zhì)量比核子大的粒子都參與強(qiáng)相互作用C.強(qiáng)子、輕子、媒介子都由更基本的粒子夸克組成D.許多粒子都存在反粒子解析:質(zhì)子、中子本身有復(fù)雜結(jié)構(gòu),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;τ子的質(zhì)量比核子的質(zhì)量大,但它屬于輕子,不參與強(qiáng)相互作用,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)輕子的內(nèi)部結(jié)構(gòu),選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案:D5.正電子是電子的反粒子,它跟普通電子的電荷量相等,而電性相反,科學(xué)家設(shè)想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)——反物質(zhì)。1997年,歐洲和美國的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)先后宣布:他們分別制造出9個(gè)和7個(gè)反氫原子。這是人類探索反物質(zhì)的一大進(jìn)步,你推測反氫原子的結(jié)構(gòu)是()A.一個(gè)帶正電荷的質(zhì)子和一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B.一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子和一個(gè)帶正電荷的中子構(gòu)成C.由一個(gè)不帶電荷的中子和一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D.由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶正電荷的電子構(gòu)成解析:氫原子由質(zhì)子和電子組成,它們的反粒子分別是反質(zhì)子和正電子,選項(xiàng)D正確。答案:D6.宇宙誕生過程中,產(chǎn)生如下粒子:①光子、中微子、電子等大量輕子;②氘核、氚核、氦3、氦核等輕核;③夸克、輕子、膠子等粒子;④質(zhì)子和中子等強(qiáng)子;⑤電子、質(zhì)子、氦核的混合電離氣體;⑥電子、質(zhì)子復(fù)合成為中性氫原子。根據(jù)宇宙大爆炸理論,以上粒子形成的先后順序是()A.①②③④⑤⑥ B.③①④②⑤⑥C.③④①②⑤⑥ D.①③④②⑥⑤解析:根據(jù)大爆炸理論,宇宙形成之初是粒子家族,其后產(chǎn)生了夸克、輕子、膠子等粒子,然后按強(qiáng)子時(shí)代、輕子時(shí)代、核合成時(shí)代、混合電離氣體、中性氫原子的順序演化,故選項(xiàng)C正確。答案:C7.(多選)下列說法中正確的是()A.目前還未發(fā)現(xiàn)媒介子、輕子和夸克三類粒子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)B.自然界存在的能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律,對基本粒子不適用C.反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時(shí),會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象D.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)子解析:媒介子、輕子和夸克在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒有發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu),故A正確;反粒子帶等量異種電荷,反粒子與其對應(yīng)的粒子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象,故C正確;質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子,故D正確。答案:ACD8.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、輕子、膠子等粒子B.質(zhì)子和中子等強(qiáng)子C.光子、中微子和電子等輕子D.氦核、氚核、氦子等輕核解析:由大爆炸理論可知,大爆炸之后最早產(chǎn)生的粒子是夸克、輕子、膠子等粒子,故選項(xiàng)A正確。答案:A(建議用時(shí):30分鐘)1.(多選)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u或反夸克d)組成的,它們帶的電荷量如下表所示,表中e為元電荷。π+π-ud電荷量+e-e+e-e-e+e下列說法正確的是()A.π+由u和組成 B.π+由d和組成C.π-由u和組成 D.π-由d和組成解析:根據(jù)電荷量關(guān)系可知,由于π+介子帶有+e的電荷量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克組成,根據(jù)題意可知π+介子(+e)應(yīng)由一個(gè)u夸克(+e)和反d夸克(+e)合成,同理π-介子由d夸克和反u夸克構(gòu)成。答案:AD2.下面是一核反應(yīng)方程He+X。用c表示光速,則()是質(zhì)子,核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2是中子,核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2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c2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的質(zhì)量和,再乘c2解析:由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可得X為n(中子),再根據(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:D3.太陽因核聚變釋放出巨大的能量,同時(shí)其質(zhì)量不斷減少。太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J,根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程,太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()kg kg kg kg解析:根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程,Δm=kg=×109kg,D正確。答案:D4.目前普遍認(rèn)為,質(zhì)子和中子都是由被稱為u夸克和d夸克的兩類夸克組成的。u夸克電荷量為+e,d夸克電荷量為-e,e為元電荷。下列論斷可能正確的是()A.質(zhì)子由一個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成,中子由一個(gè)u夸克和兩個(gè)d夸克組成B.質(zhì)子由兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成,中子由一個(gè)u夸克和兩個(gè)d夸克組成C.質(zhì)子由一個(gè)u夸克和兩個(gè)d夸克組成,中子由兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成D.質(zhì)子由兩個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成,中子由一個(gè)u夸克和一個(gè)d夸克組成解析:質(zhì)子H所帶電荷量為2×(+e)+(-e)=+e,中子n所帶電荷量為+e+2×(-e)=0,故B正確。答案:B5.(多選)由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界上第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克EAST核聚變實(shí)驗(yàn)裝置被稱為“人造太陽”。下列關(guān)于“人造太陽”的說法中正確的是()A.“人造太陽”的核反應(yīng)方程式是H+H→nB.“人造太陽”的核反應(yīng)方程式是n→Ba+Kr+nC.根據(jù)公式ΔE=Δmc2可知,該燃料的質(zhì)量相同時(shí),聚變反應(yīng)釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多D.根據(jù)公式ΔE=Δmc2可知,核燃料的質(zhì)量相同時(shí),聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)釋放的能量相同解析Hen是氫核聚變方程,故A正確。根據(jù)氫核聚變特點(diǎn),相同質(zhì)量的核燃料,氫核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多,故C正確。答案:AC6.質(zhì)子和中子是由更基本的粒子即所謂“夸克”組成的。兩個(gè)強(qiáng)作用相反(類似于正負(fù)電荷)的夸克在距離很近時(shí)幾乎沒有相互作用(稱為“漸近自由”);在距離較遠(yuǎn)時(shí),它們之間就會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的引力(導(dǎo)致所謂“夸克禁閉”)。作為一個(gè)簡單的模型,設(shè)這樣的兩夸克之間的相互作用力F與它們之間的距離r的關(guān)系式為F=式中F0為大于零的常量,負(fù)號表示引力,用U表示夸克間的勢能,令U0=F0(r2-r1),取無窮遠(yuǎn)為零勢能點(diǎn)。下列U-r圖象中正確的是()解析:由于在無窮遠(yuǎn)處勢能為零,在r1≤r≤r2之間表現(xiàn)為引力;靠近時(shí),引力做正功,電勢能減少;距離在0<r<r1間F=0,勢能不變。所以B正確。答案:B7.大爆炸理論認(rèn)為,我們的宇宙起源于137億年前的一次大爆炸。除開始瞬間外,在演化至今的大部分時(shí)間內(nèi),宇宙基本上是勻速膨脹的。20世紀(jì)末,對1A型超新星的觀測顯示,宇宙正在加速膨脹。面對這個(gè)出人意料的發(fā)現(xiàn),宇宙學(xué)家探究其背后的原因,提出宇宙的大部分可能由暗能量組成,它們的排斥作用導(dǎo)致宇宙在近段天文時(shí)期內(nèi)開始加速膨脹。如果真是這樣,則標(biāo)志宇宙大小的宇宙半徑R和宇宙年齡t的關(guān)系,大致是下面哪個(gè)圖象()解析:勻速膨脹過程R=vt+R0,R-t圖象是線性的;當(dāng)加速膨脹時(shí)R=R0'+v0t+kat2(R0'為加速開始的半徑,v0為加速開始的初速度,a為膨脹加速度),R-t圖象變?yōu)榍€,并且是向上彎曲的,因此只有C圖象是可能的。答案:C8.下列說法中正確的是()A.太陽是宇宙的中心B.太陽系中只存在太陽和它的八大行星C.太陽系是由太陽和若干行星以及它們的衛(wèi)星還有彗星組成的D.以上說法都正確解析:太陽系中以太陽為中心,有八大行星繞太陽運(yùn)行,有的行星還有衛(wèi)星,此外還有2000多顆比較小的小行星和彗星等,所以敘述較完整的是C項(xiàng)。通常我們所說的八大行星是指太陽系中較大的幾顆行星,太陽系的組成中還有小行星和彗星。答案:C9.天文觀測表明,幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星(或星系)都在以各自的速度背離我們而運(yùn)動(dòng),離我們越遠(yuǎn)的星體,背離我們運(yùn)動(dòng)的速度(稱為退行速度)越大;也就是說,宇宙在膨脹。星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比,即v=Hr。式中H為一常量,稱為哈勃常數(shù),已由天文觀察測定。為解釋上述現(xiàn)象,有人提出一種理論,認(rèn)為宇宙是從一個(gè)大爆炸的火球開始形成的。假設(shè)大爆炸后各星體以不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng),并設(shè)想我們就位于其中心,則速度越大的星體現(xiàn)在離我們越遠(yuǎn)。這一結(jié)果與上述天文觀測一致。(1)由上述理論和天文觀測結(jié)果,可估算宇宙年齡T,其計(jì)算式是什么?(2)根據(jù)觀測,哈勃常數(shù)H=3×10-2米/秒·光年,其中光年是光在一年中行進(jìn)的距離,由此估算宇宙的年齡約為多少年?解析:(1)由于爆炸后各星體做的是勻速運(yùn)動(dòng),令宇宙年齡為T,則星球現(xiàn)距我們的距離為r=vT=HrT,得T=。(2)T==年=1×1010年。答案:(1)T=(2)1×1010年10.兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子結(jié)合成一個(gè)氦核,同時(shí)釋放一定的核能,若已知中子質(zhì)量為7u,質(zhì)子質(zhì)量為3u,氦核質(zhì)量為6u。試計(jì)算用中子和質(zhì)子生成1kg氦時(shí)