物理新課堂學(xué)案選修35人教版檢測第十九章78粒子和宇宙

第十九章原子核7核聚變8粒子和宇宙1.下列核反應(yīng)方程式中，表示核聚變過程的是（）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.已經(jīng)證實，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，如果質(zhì)子是由三個夸克組成的，且各個夸克之間的距離都為l，l＝1.5×10－15m.試計算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個夸克之間的靜電力（庫侖力）.解析：質(zhì)子帶電為＋e，所以它是由2個上夸克和1個下夸克組成的.按題意，三個夸克必位于等邊三角形的三個頂點處，這時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級抓基礎(chǔ)]1.關(guān)于粒子的分類，目前人們認為粒子世界是由下列哪三類粒子構(gòu)成的（）A.媒介子、夸克、強子 B.夸克、輕子、強子C.媒介子、輕子、強子 D.質(zhì)子、中子、電子解析：按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，把粒子分為三大類，即強子、輕子和媒介子.答案：C2.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到10－15mD.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：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項正確．答案：D4.（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1000s，溫度超過1億度，標志著我國磁約束核聚變研究進入國際先進水平.合肥也成為世界上第一個建成此類全超導(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mA.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)的污染非常小.而現(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5．“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：B6.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)量可忽略不計，真空中的光速c＝3.00×10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，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，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＝3.95×10－12J.答案：3.95×10－12J7．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)子達到核力作用范圍完成核聚變前必須要克服強大的庫侖斥力．設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，電子質(zhì)量相對小得多可忽略，中微子質(zhì)量