2015_2016学年高中物理19.7_17.8核聚变粒子和宇宙课时提升训练含解析新人教版选修3_5

1、19.7-17.8核聚变 粒子和宇宙1.(多选)下列关于聚变的说法中,正确的是()a.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功b.轻核聚变需要几百万度的高温,因此轻核聚变又叫做热核反应c.原子弹爆炸能产生几百万度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应d.只有太阳内部进行着剧烈的热核反应【解析】选a、b、c。轻核聚变时,要使轻核之间距离达到10-15m,故必须克服库仑斥力做功,a正确;要克服核子间作用力做功,必须有足够大的动能,方法就是将其加热到几百万度的高温,b正确;热核反应必须在几百万度的高温下进行,这样高的温度可利用原子弹爆炸释放的能量获得,c正确;在太阳和许多恒星内部都存在热核反应,d错误。2

2、.重核的裂变和轻核的聚变是人类利用核能的两种主要方法,下面关于它们的说法中正确的是()a.裂变和聚变过程都有质量亏损b.裂变过程有质量亏损,聚变过程质量有所增加c.裂变过程质量有所增加,聚变过程有质量亏损d.裂变和聚变过程质量都有所增加【解析】选a。重核裂变和轻核聚变都会放出能量;根据质能互换可知,它们都有质量亏损,故a正确,b、c、d错误。3.(2014·珠江高二检测)现有三个核反应方程:1124na1224mg+-10e 12h+13h24he+01n下列说法正确的是()a.是裂变,是衰变,是聚变b.是聚变,是裂变,是衰变c.是衰变,是裂变,是聚变d.是衰变,是聚变,是裂变【解析

3、】选c。裂变是重核变为中等质量的核,是;衰变有衰变和衰变,衰变的结果是释放氦核,衰变的结果是从原子中释放电子,是;聚变是质量较小的核结合成质量较大的核,是。综上所述c正确。4.(多选)(2013·德州高二检测)下列关于夸克模型的说法正确的是()a.强子是由更基本的夸克组成的b.夸克的电荷量分别为元电荷的+23或-13c.每种夸克都有对应的反夸克d.夸克能以自由的状态单个出现【解析】选a、b、c。夸克不能以自由的状态单个出现,d错误,a、b、c正确。5.太阳因核聚变释放出巨大的能量,同时其质量不断减少。太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026j,根据爱因斯坦质能方程,太阳每秒钟

4、减少的质量最接近()a.1036kgb.1018kgc.1013kgd.109kg【解析】选d。根据爱因斯坦质能方程e=mc2,得m=ec2=4×1026(3×108)2kg=4.4×109kg。6.(多选)月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(23he)”的化学元素,是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3,如果相关技术研究成功,将为地球带来取之不尽的能源。关于氦3与氘核聚变,下列说法中正确的是()a.核反应方程为 23he+12h24he+11hb.核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量c.氦3(23he)一个核子的结合能大于

5、氦4(24he)一个核子的结合能d.氦3(23he)与氘核发生聚变反应将放出能量【解析】选a、d。氦3(23he)与氘核聚变的核反应方程符合质量数与电荷数守恒,故a对;聚变是放能反应,故d对;因为聚变反应放出大量的能量,因此核反应生成物的质量将小于参加反应物质的质量,即质量有亏损,故b错;因为较小的核合并成较大的核,核子的结合能都会增加,故c错。7.(2013·山东高考)恒星向外辐射的能量来自于其内部发生的各种热核反应,当温度达到108k时,可以发生“氦燃烧”。(1)完成“氦燃烧”的核反应方程:24he+_ 48be+。(2)48be是一种不稳定的粒子,其半衰期为2.6&#

6、215;10-16s。一定质量的 48be,经7.8×10-16s后所剩 48be占开始时的_。【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)核反应方程与电荷守恒定律;(2)半衰期及剩余质量的计算方法。【解析】(1)根据核反应方程和电荷守恒定律可知,24he+24he48be+。(2)48be的半衰期为2.6×10-16s,经过7.8×10-16s后,也就是经过3个半衰期后剩余的质量为m=(12)nm=(12)3m,所剩 48be占开始时的18。答案:(1)24he(2)18或12.5%8.(2014·辽师大附中高二检测

7、)某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为 11h+612c713n+q1,11h+715n612c+x+q2,方程中q1、q2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:原子核 11h 23he 24he 612c 713n 715n质量/u1.007 83.016 04.002 612.000 013.005 715.000 1则x是_,q2_(选填“大于”“等于”或“小于”)q1。【解析】据核反应过程中反应前后质量数和电荷数守恒,有x为 24he;据e=mc2,m为质量亏损,c为光速,经过

8、计算m1=0.002 1u,m2=0.005 3u,则可以知道q2>q1。答案: 大于9.一个质子和两个中子聚变为一个氚核,已知质子质量mh=1.007 3 u,中子质量mn=1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u。(1)写出聚变方程;(2)释放出的核能多大?(3)平均每个核子释放的能量是多少?【解析】(1)聚变方程为 11h+201n13h(2)质量亏损m=mh+2mn-m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u=0.006 7 u释放的核能e=mc2=0.006 7×931.5 mev6.24 mev。(3)平均每个核子放出

9、的能量为6.243mev=2.08 mev。答案:(1)11h+201n13h(2)6.24 mev(3)2.08 mev1.(多选)据新华社报道,由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是()a.“人造太阳”的核反应方程是 12h+13h24he+01nb.“人造太阳”的核反应方程是+01n+3692kr+301nc.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是e=mc2d.“人造太阳”核能大小的计算公式是e=12mc2【解析】选a、c。“人造太阳”发生的是氢核聚变,所以核反应方程式为 12h

10、+13h24he+01n,而b选项中的核反应是核裂变,故a正确,b错误;“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是e=mc2,而核能大小的计算公式为e=mc2,故选项c正确,d错误。2.(多选)我国自行研制了可控热核反应装置“超导托卡马克”。设可控热核反应前氘核的质量为m1,氚核的质量为m2,反应后氦核的质量为m3,中子的质量为m4。已知光速为c。下列说法正确的是()a.这种装置中发生的反应方程式是 12h+13h24he+01nb.由核反应过程质量守恒可知m1+m2=m3+m4c.核反应释放的能量为(m1+m2-m3-m4)c2d.这种装置与我国大亚湾核电站所使用的核装置的核反应原理是

11、相同的【解析】选a、c。由核反应的反应物、生成物及电荷数和质量数守恒可知a正确;质量数守恒不是质量守恒,这一核聚变反应过程要释放大量的能量,有质量亏损,b错误;由质能方程知c正确;大亚湾核电站所使用的核装置是利用核的裂变反应原理,d错。3.k-介子衰变的方程为:k-+0,其中k-介子和-介子带负的基本电荷,0介子不带电。一个k-介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场中,其轨迹为圆弧ap,衰变后产生的-介子的轨迹为圆弧pb,两轨迹在p点相切如图所示,它们的半径rk-与r-之比为21,0介子的轨迹未画出,由此可知-的动量大小与0的动量大小之比为()a.11b.12c.13d.16【解析】选c。由带电粒

12、子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知:轨道半径r=mvbq=pbqp所以pk-p-=rk-r-=21即p-=12pk-又由动量守恒定律pk-=p0-p-得p0=pk-+p-=32pk-所以p-p0=134.两个氘核聚变产生一个中子和氦核(氦的同位素)。已知氘核的质量md=2.01360u,氦核的质量mhe=3.0150u,中子的质量mn=1.0087u。(1)写出聚变方程并计算两个氘核聚变释放的核能。(2)若反应前两个氘核的动能均为0.35mev。它们正面对撞发生聚变,且反应后释放的核能全部转化为动能,则产生的氦核和中子的动能各为多大?【解析】(1)聚变的核反应方程:212h23he+01n,核

13、反应过程中的质量亏损为m=2md-(mhe+mn)=0.0035u释放的核能为e=mc2=0.0035uc2=3.26mev(2)对撞过程动量守恒,由于反应前两氘核动能相同,其动量等值反向,因此反应前后系统的动量为0,即0=mhevhe+mnvn,反应前后总能量守恒,得12mhevhe2+12mnvn2=e+2ekd。解得ekhe=0.99mev,ekn=2.97mev。答案:(1)212h23he+01n3.26mev(2)0.99mev2.97mev【总结提升】三种方法求聚变反应中的质量亏损在核聚变反应中,释放出核能,聚变后的总质量小于聚变前的总质量,即发生了质量的亏损。在计算质量亏损时往

14、往有以下几种情况:(1)最简单的是已知聚变前后各粒子的质量,则质量亏损=反应前总质量-反应后总质量。(2)复杂一些的是已知聚变反应释放的核能,则可根据质能方程求出聚变反应的质量亏损。(3)最复杂的是不告诉聚变释放的核能而仅告诉聚变前各粒子的速度。这时我们可以先利用动量守恒求出反应后粒子的速度,再根据速度求出聚变反应前后的总动能,然后用反应后总动能减去反应前总动能求出聚变反应释放的核能,最后由质能方程求出质量亏损。5.有一种聚变反应是四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子。求:(1)该聚变反应释放多少能量?(2)若1 g氢完全聚变,能释放多少能量?(3)1 g氢完全聚变,释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能?(已知煤的燃烧值q=3.36×107j/kg,氢核质量为1.008 142 u,氦核质量为4.001 509 u,电子的质量为0.000 549 u)【解析】(1)核反应方程为:411h24he+210e,所以m=4mh-mhe-2me=4×1.008 142 u-4.001 509 u-2×0.000 549 u=0.029 961 ue=mc2=0.029 961uc2=0.029 961×931