高中物理人教版5第十九章原子核7核聚变 第十九章78粒子和宇宙

第十九章原子核7核聚变8粒子和宇宙1．关于太阳辐射的主要由来，下列说法正确的是()A．来自太阳中氢元素聚变反应释放的核能B．来自太阳中碳元素氧化释放的化学能C．来自太阳中重元素裂变反应释放的核能D．来自太阳中本身储存的大量内能解析：太阳辐射的巨大能量主要来自太阳内部氢核聚变成氦核时释放的能量，只有选项A正确．答案：A2．(多选)如图所示，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种装置，这个词是toroidal(环形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的头两个字母以及katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词．根据以上信息，下述判断中可能正确的是()A．这种装置的核反应原理是轻核的聚变，同时释放出大量的能量，和太阳发光的原理类似B．线圈的作用是通电产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不溢出C．这种装置同我国秦山、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地进行解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故A项正确；线圈通电时产生磁场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故B项正确；核电站的原理是裂变，托尔马克的原理是聚变，故C项错误；该装置使人们可以在实验室控制反应速度，平稳释放核能，故D项正确．答案：ABD3．一个氘核(eq\o\al(2,1)H)与一个氚核(eq\o\al(3,1)H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损．聚变过程中()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：聚变反应出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是eq\o\al(4,2)He，选项B正确．答案：B4．(多选)2023年诺贝尔物理奖授予佩尔马特等三位科学家，他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星，发现宇宙正在加速膨胀”．物理学家为了解释这一现象，提出了“暗能量”的概念．正是在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀．宇宙中暗能量约占73%、约有23%是暗物质，我们能看到的、接触到的普通物质约占4%.暗能量和暗物质实质至今尚未清楚，但科学家找到了暗物质存在的间接证据，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，星系团要束缚住这些星系，它的质量应该是我们观测到质量的100倍以上，大量的观测分析证实了这一点.关于上述事实及理论假说，下列结论你认为可能正确的是()A．暗能量力的作用表现为斥力B．暗物质力的作用表现为引力C．从太阳系行星运动与星系团中的星系运动比较可知，宇宙中暗物质分布是均匀的D．从太阳系行星运动与宇宙正在加速膨胀比较可知，宇宙中暗能量分布是不均匀的解析：由题意在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀，说明暗能量力的作用表现为斥力，故A正确；星系团要束缚住这些星系，说明暗物质力的作用表现为引力，故B正确；由题知宇宙中暗能量分布是不均匀的，故C错误、D正确．答案：ABDA级抓基础1．关于核聚变，以下说法不正确的是()A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁B．世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站C．要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到10－15m以内，D．地球聚变燃料的储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核解析：与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理．但核聚变发电还没有投入实际运行，所以B项是不正确的．答案：B2．(多选)下列说法正确的是()\o\al(15,)7N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(4,2)He是α衰变方程\o\al(1,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋γ是核聚变反应方程\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂变反应方程\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工转变方程解析：核反应类型分四种，核反应方程的特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原子核，右边出现α或β粒子．聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子核．裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核．人工核转变方程的左边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核．由此可知B、D两选项正确．答案：BD3．关于核反应方程：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，则()A．X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C．X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D．X是中子，核反应放出的能量等于氘核与氚核的质量和减去氦核与中子质量和，再乘以c2解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律，可得X为eq\o\al(1,0)n(中子)，再据质能方程可得核反应放出的能量为反应前后质量亏损与c2的乘积，故D项正确．答案：D4．(多选)雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的中微子(νe)而获得了2023年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615吨四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe＋eq\o\al(37,17)Cl→eq\o\al(37,18)Ar＋eq\o\al(0,－1)e.已知eq\o\al(37,17)Cl核的质量为58u，eq\o\al(37,18)Ar核的质量为91u，eq\o\al(0,－1)e的质量为55u，1u质量对应的能量为MeV.根据以上信息，可以判断()A．中微子不带电B．中微子就是中子\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是同位素D．参与上述反应的中微子的最小能量约为MeV解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质量数是零，故A项正确；而中子的质量数是1，故B项错误；同位素是电荷数相等，质量数不等的同种元素，而eq\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是两种不同的元素，故C项错误；由爱因斯坦质能方程得中微子的质量m＝55＋91－58)u＝88u，而1u质量对应的能量为MeV，所以中微子的最小能量是E＝×88MeV≈MeV，故D项正确．答案：AD5．(多选)2006年9月28日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次发电，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1亿度，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．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性解析：由核反应方程知2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X，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．而现实运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．答案：BDB级提能力6．“超导托卡马克”(英名称：EAST，俗称“人造太阳”)是我国自行研制的可控热核反应实验装置．设该实验反应前氘核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(2,1)H))的质量为m1，氚核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(3,1)H))的质量为m2，反应后氦核eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(4,2)He))的质量为m3，中子eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(eq\o\al(1,0)n))的质量为m4，光速为c.下列说法中不正确的是()A．这种装置中发生的核反应方程式是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．由核反应过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反应放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理不相同解析：可控热核反应装置中发生的核反应方程式是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正确；核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B错误；核反应过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正确；这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确．答案：B7．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源．近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为1u，氚原子的质量为0u，氦原子的质量为6u，中子的质量为7u，1u＝×10－27kg(1)写出氘和氚聚合的反应方程；(2)试计算这个核反应释放出来的能量(光速c＝×108m解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒得，eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)n.(2)由质能方程，ΔE＝Δmc2解得ΔE＝1u＋0u－6u－7u)××10－27×(3×108)2＝×10－12J.答案：(1)eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)n(2)×10－12J8．太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果，核反应方程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是太阳内部的许多核反应中的一种，其中eq\o\al(0,1)e为正电子，νc为中微子．(1)确定核反应方程中a、b的值．(2)在质子与质子达到核力作用范围完成核聚变前必