2020高中物理 17 核能利用（含解析）粤教版-5

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精PAGE12-学必求其心得，业必贵于专精课时分层作业（十七）（时间:45分钟分值：100分）[基础达标练]一、选择题（本题共6小题，每小题6分)1．(多选)下列说法中正确的是(）A．夸克模型说明电子电荷量是最小的电荷单元B．目前已经发现了自由态的夸克C．目前发现的夸克有6种D．每种夸克都有对应的反夸克CD［夸克模型指出目前发现了6种夸克,每种夸克都有对应的反夸克，所以C、D正确;夸克所带电荷量小于电子电荷量，但还没有发现自由态的夸克，这就是夸克的“禁闭"，所以A、B错．］2．（多选）关于宇宙和恒星的演化，下列说法正确的是（)A．宇宙已经停止演化B．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定C．当温度达到一定值时，恒星内发生氦聚变,亮度增强D．恒星最终都会演化为黑洞BC［目前宇宙的演化仍在进行,A错．恒星在主序星阶段时停留时间最长、最稳定，B对．恒星内由氢聚变转变为氦聚变时，亮度增加，C对．根据最终质量的不同恒星最终演化为白矮星或中子星或黑洞,D错．］3．关于人们发现的新粒子,下列说法不正确的是（)A．许多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各种相互作用的关系C．质子属于强子D．光子属于轻子D［根据粒子的分类、粒子与反粒子描述知A、B、C正确．］4．有关宇宙的理解,下列说法中正确的是()A．质量越大的恒星寿命越长B．太阳发出的光和热来自于碳、氧等物质的燃烧C．在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度高D．由于光速有限，因此观察遥远的天体就相当于观察宇宙的过去D［质量越大的恒星寿命越短，故A错误；太阳发出的光和热来自于在太阳内部进行着大规模的核聚变释放的能量，故B错误；恒星的颜色是由温度决定的，温度越低,颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．故在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度低．故C错误；由于光速有限,遥远的天体发出的光线到达我们时，我们看到的是过去的宇宙射线；故因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去，故D正确．]5．关于天体及其演化，下列说法中正确的是（)A．红色的恒星温度最高B．恒星的寿命随其质量的增大而增大C．红巨星最终一定会变成中子星D．超新星爆发后会形成中子星D[恒星的颜色是由温度决定的，温度越低,颜色越偏红,温度越高，颜色越偏蓝，故A错误；恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，故B错误；小质量恒星的演化过程是：原始星云→恒星→红巨星→白矮星,故C错误;超新星爆发后会形成中子星，故D正确．]6．(多选）为应对能源危机和优化能源结构，提高清洁能源的比重，我国制定了优先选择核能，其次加快发展风电和再生能源的政策,在《核电中长期发展规划》中要求2020年核电运行装机总容量达到4000万千瓦的水平,请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是()A．核能发电对环境的污染比火力发电要大B．所有核电站都只利用重核裂变释放大量的原子能C．所有核电站既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量的原子能D．如果核电站能实现可控轻核聚变发电,其核废料处理更简单，对环境污染更小BD［目前核电站都用核裂变，其原料是铀，且核裂变在核反应堆中应用的是比较清洁的能源，故B正确，A、C错，如果核电站能实现可控轻核聚变发电,其核废料处理起来比铀核裂变废料更容易,对环境污染也更小,D正确．]二、非选择题(14分)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eq\o\al（1,1）H＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)N＋Q1①eq\o\al（1，1)H＋eq\o\al(15，7)N→eq\o\al(12，6)C＋X＋Q2②方程中Q1、Q2表示释放的能量,相关的原子核质量如表:原子核eq\o\al(1，1）Heq\o\al（3，1）Heq\o\al（4,2)Heeq\o\al(12，6)Ceq\o\al(13，7)Neq\o\al（15,7)N质量/u1.00783.01664.002612.000013.005715.0001则可以推断X是________,方程中Q1和Q2的大小关系是Q1________Q2。［解析]由质量数守恒和电荷数守恒,可判断X为eq\o\al（4，2）He，①式的质量亏损为Δm1＝1。0078u＋12.0000u－13。0057u＝0.0021u．②式的质量亏损为Δm2＝1.0078u＋15。0001u－12。0000u－4。0026u＝0.0053u,所以Δm2〉Δm1根据质能方程ΔE＝Δmc2可求解Q2〉Q1。［答案]eq\o\al(4,2）He〈［能力提升练]一、选择题(本题共4小题，每小题6分)1．（多选）由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如图所示，它于2011年5月16日由奋进2号航天飞机携带升空,安装在国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反．例如反质子即为1－1H，假若使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，通过速度选择器沿OO′进入匀强磁场形成4条径迹,则(）A．1、2是反粒子径迹B．3、4为反粒子径迹C．2为反α粒子径迹D．4为反α粒子径迹AC［由题图可知，粒子先通过速度选择器沿OO′做匀速直线运动(重力忽略不计)．四种粒子速度均大小相等，方向相同,它们进入同一匀强磁场后受到洛伦兹力作用而做匀速圆周运动．又因电性不同而受力方向相反,根据左手定则可判断反粒子刚进入磁场时受洛伦兹力方向向左，则1、2是反粒子的径迹，轨迹半径r＝eq\f（mv,Bq），因反α粒子的比荷eq\f（q，m）比反质子的比荷小，则反α粒子的轨迹半径比反质子的大，故2为反α粒子的径迹．]2．（多选)我国最新一代核聚变装置“EAST"在安徽合肥首次放电,显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000s，温度超过1亿摄氏度,这标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，eq\o\al（3,2)He的质量为m3,质子的质量为m4,则下列说法中正确的是（）A．两个氘核聚变成一个eq\o\al(3,2）He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个eq\o\al（3，2）He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个eq\o\al(3，2）He所释放的核能为(2m1－m3－m4)c2D．两个氘核聚变成一个eq\o\al（3,2）He所释放的核能为（2m1－m3－m2）c2BD[由核反应方程2eq\o\al(2，1)H→eq\o\al（3，2)He＋eq\o\al（1，0)X知X应为中子，释放的核能应为ΔE＝(2m1－m3－m2)c2,聚变反应的污染非常小，而现行的裂变反应的废料具有很强的放射性,故A、C错误,B、D正确．］3．我国秦山核电站第三期工程中有两组60万千瓦的发电机组，发电站的核能来源于eq\o\al(235,92)U的裂变，下列说法不正确的是()A。eq\o\al(235,92）U原子核中有92个质子，143个中子B.eq\o\al（235,92）U的一种可能裂变是变成两个中等质量的原子核，反应方程为eq\o\al（235,92)U＋eq\o\al(1，0）n→eq\o\al(139,54)Xe＋eq\o\al(95,38）Sr＋2eq\o\al（1,0）nC.eq\o\al（235,92）U是天然放射性元素，常温下它的半衰期约为45亿年,升高温度半衰期缩短D．一个eq\o\al(235，92)U裂变能放出200MeV的能量，合3.2×10－11JC［由eq\o\al（235,92)U的质量数和电荷数关系易知A正确；由核反应方程中电荷数守恒和质量数守恒知B正确；半衰期不受外界因素干扰，故C错误;因为200MeV＝200×106×1。6×10－19J＝3.2×10－11J,所以D正确．]4．K－介子衰变的方程为:K－→π－＋π0，其中K－介子、π－介子带负的基本电荷，π0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π－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Rπ－之比为2∶1，π0介子的轨迹未画出,由此可知π－的动量大小与π0的动量大小之比为（）A．1∶1 B．1∶2C．1∶3 D．1∶6C［由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知：轨道半径R＝eq\f（mv,Bq）＝eq\f(p，Bq）∝p(同一磁场，且K－介子与π－介子带负的基本电荷)所以eq\f（pK－，pπ－)＝eq\f(RK－,Rπ－）＝eq\f(2,1)即pπ－＝eq\f（1,2）pK－又由动量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－得pπ0＝pK－＋pπ－＝eq\f（3,2）pK－所以eq\f(pπ－,pπ0)＝eq\f(1,3）］二、非选择题（本题共2小题,共26分）5．（13分)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1g氢完全聚变，能释放多少能量？（3）1g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?(已知煤的热值q＝3。36×107J/kg，氢核质量为1。008142u,氦核质量为4。001509u，电子的质量为0.000549u)［解析](1)核反应方程为4eq\o\al(1，1）H→eq\o\al(4，2）He＋2eq\o\al（0,1）e，所以Δm＝4mH－mHe－2me＝4×1.008142u－4.001509u－2×0.000549u＝0.029961uΔE＝0.029961×931。5MeV＝27.91MeV＝4.47×10－12J.（2)1g氢完全聚变释放的能量为E＝eq\f（1,4）×6.02×1023×4。47×10－12J＝6。73×1011J.（3)相当于煤完全燃烧的质量为m＝eq\f(6。73×1011,3.36×107）kg＝2.00×104kg。［答案]（1)4.47×10－12J(2)6.73×1011J(3)2.00×106．(13分)太阳内部的核聚变可以释放出大量的能量，这些能量以电磁辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P＝3.8×1026W.（1）估算一下太阳每秒钟损失的质量;（2)设太阳上的核反应都是4eq\o\al(1,1）H→eq\o\al(4，2)He＋2eq\o\al（0，1)e＋2γ＋28MeV这种形式的反应（γ是中微子,其质量远小于电子质量,是穿透能力极强的中性粒子）．太阳与地球距离L＝1。5×1011m，太阳光垂直照射在地球表面上，试估算每秒钟、每平方米有多少中微子到达地球表面？(3）假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命．(太阳质量为2.0×1030kg,质子质量为1。67×10－[解析]（1)太阳每秒钟放出的能量：ΔE＝Pt＝3。8×1026J，由爱因斯坦质能方程ΔE＝Δmc2可得，Δm＝eq\f(ΔE,c2）＝eq\f（3。8×1026，3×1082）kg≈4.2×109kg＝4。2×106t。(2）每秒钟聚变反应的次数n＝eq\f(3。8×1026×1，28×106×1.6×10－19)次≈8.48×1037次每秒钟产生的中微子数n1＝2n＝16.96×1037个．距太阳L＝1。5×1011m的球面面积S＝4πL2＝4×3。14×(1.5×101