高中物理人教版5第十九章原子核 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．(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是()A．许多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分为强子、轻子、媒介子的根据是粒子与各种相互作用的关系C．质子属于强子D．光子属于轻子解析：根据粒子的分类、粒子与反粒子的描述知A、B、C项正确；光子属于媒介子，故D项错误．答案：ABC2．(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．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反应方程为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某种粒子．已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的质量分别为1u、1u、6u和7u；1u＝eq\f,c2)MeV，c是真空中的光速．由上述反应方程和数据可知，粒子X是________，该反应释放出的能量为________MeV(结果保留3位有效数字)．解析：根据质量数和电荷数守恒可得X是eq\o\al(1,0)n(中子)．核反应中的质量亏损为Δm＝1u＋1u－6u－7u＝9u所以该反应释放出的能量为ΔE＝Δm·c2＝MeV.答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)1．(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：AD2．(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．下面是一核反应方程：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．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：B5．(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：BD6．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，太阳每秒钟减少的质量最接近()A．1036kg BC．1013kg解析：根据爱因斯坦的质能方程得：Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,9×1016)kg≈×109kg，D正确．答案：D7．历史上第一次利用加速器实现的核反应，是用加速后动能为MeV的质子eq\o\al(1,1)H轰击静止的eq\o\al(A,Z)X，生成两个动能均为MeV的eq\o\al(4,2)He(1MeV＝×10－13J)．(1)上述核反应方程为________________．(2)质量亏损为____________kg.解析：(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He.(2)Δmc2＝E末－E初，所以Δm＝eq\f(E末－E初,c2)＝eq\f(（2×－）××10－13,（3×108）2)kg≈×10－29kg.答案：(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He(2)×10－298．假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质量是6u，中子的质量是7u，氦核同位素的质量是0u.(1)聚变的核反应方程式是______________，在聚变核反应中释放出的能量为____________MeV(保留两位有效数字)；(2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核子比结合能分别为EH＝MeV、EHe＝MeV、ELi＝MeV，试求此核反应过程中释放的核能．解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.核反应过程中的质量亏损：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×6u－0＋7)u≈×10－3u.由于1u的质量与MeV的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量：ΔE＝×10－3×MeV≈