高中物理人教版5第十九章原子核7核聚变 课时训练19核聚变粒子和宇宙

课时训练19核聚变粒子和宇宙题组一核聚变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摄氏度的高温,因此聚变又叫热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应解析:聚变时,要使轻核之间的距离达到10-15m,所以必须克服库仑斥力做功。原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。实验证明,原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的。在太阳和许多恒星内部存在着热核反应。答案:ABCD2.(多选)关于聚变,以下说法正确的是()A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量,但不一定是中等质量的核,故A错误。聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,故B正确。裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积,而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15m,故要求有足够大的动能才能克服电荷间强大的斥力做功,故C错误,D正确。答案:BD3.科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe→He。关于He聚变,下列表述正确的是()A.聚变反应不会释放能量B.聚变反应产生了新的原子核C.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电解析:聚变反应是轻核变为较大质量核的反应,发生质量亏损,释放能量。目前核电站采用重核裂变反应。答案:B题组二粒子和宇宙4.关于粒子,下列说法中正确的是()A.光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子B.质量比核子大的粒子都参与强相互作用C.强子、轻子、媒介子都由更基本的粒子夸克组成D.许多粒子都存在反粒子解析:质子、中子本身有复杂结构,选项A错误;τ子的质量比核子的质量大,但它属于轻子,不参与强相互作用,选项B错误;现代实验还没有发现轻子的内部结构,选项C错误。答案:D5.正电子是电子的反粒子,它跟普通电子的电荷量相等,而电性相反,科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年,欧洲和美国的科学研究机构先后宣布:他们分别制造出9个和7个反氢原子。这是人类探索反物质的一大进步,你推测反氢原子的结构是()A.一个带正电荷的质子和一个带负电荷的电子构成B.一个带负电荷的质子和一个带正电荷的中子构成C.由一个不带电荷的中子和一个带负电荷的电子构成D.由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成解析:氢原子由质子和电子组成,它们的反粒子分别是反质子和正电子,选项D正确。答案:D6.宇宙诞生过程中,产生如下粒子:①光子、中微子、电子等大量轻子;②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核;③夸克、轻子、胶子等粒子;④质子和中子等强子;⑤电子、质子、氦核的混合电离气体;⑥电子、质子复合成为中性氢原子。根据宇宙大爆炸理论,以上粒子形成的先后顺序是()A.①②③④⑤⑥ B.③①④②⑤⑥C.③④①②⑤⑥ D.①③④②⑥⑤解析:根据大爆炸理论,宇宙形成之初是粒子家族,其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子,然后按强子时代、轻子时代、核合成时代、混合电离气体、中性氢原子的顺序演化,故选项C正确。答案:C7.(多选)下列说法中正确的是()A.目前还未发现媒介子、轻子和夸克三类粒子的内部结构B.自然界存在的能量守恒定律、动量守恒定律及电荷守恒定律,对基本粒子不适用C.反粒子与其对应的粒子相遇时,会发生湮灭现象D.强子是参与强相互作用的粒子,质子是最早发现的强子解析:媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构,故A正确;反粒子带等量异种电荷,反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象,故C正确;质子是最早发现的强子,故D正确。答案:ACD8.根据宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸之后最早产生的粒子是()A.夸克、轻子、胶子等粒子B.质子和中子等强子C.光子、中微子和电子等轻子D.氦核、氚核、氦子等轻核解析:由大爆炸理论可知,大爆炸之后最早产生的粒子是夸克、轻子、胶子等粒子,故选项A正确。答案:A(建议用时:30分钟)1.(多选)已知π+介子、π-介子都是由一个夸克(夸克u或夸克d)和一个反夸克(反夸克u或反夸克d)组成的,它们带的电荷量如下表所示,表中e为元电荷。π+π-ud电荷量+e-e+e-e-e+e下列说法正确的是()A.π+由u和组成 B.π+由d和组成C.π-由u和组成 D.π-由d和组成解析:根据电荷量关系可知,由于π+介子带有+e的电荷量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克组成,根据题意可知π+介子(+e)应由一个u夸克(+e)和反d夸克(+e)合成,同理π-介子由d夸克和反u夸克构成。答案:AD2.下面是一核反应方程He+X。用c表示光速,则()是质子,核反应放出的能量等于质子质量乘c2是中子,核反应放出的能量等于中子质量乘c2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c2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的质量和,再乘c2解析:由质量数守恒及电荷数守恒可得X为n(中子),再根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:D3.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()kg kg kg kg解析:根据爱因斯坦的质能方程,Δm=kg=×109kg,D正确。答案:D4.目前普遍认为,质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成的。u夸克电荷量为+e,d夸克电荷量为-e,e为元电荷。下列论断可能正确的是()A.质子由一个u夸克和一个d夸克组成,中子由一个u夸克和两个d夸克组成B.质子由两个u夸克和一个d夸克组成,中子由一个u夸克和两个d夸克组成C.质子由一个u夸克和两个d夸克组成,中子由两个u夸克和一个d夸克组成D.质子由两个u夸克和一个d夸克组成,中子由一个u夸克和一个d夸克组成解析:质子H所带电荷量为2×(+e)+(-e)=+e,中子n所带电荷量为+e+2×(-e)=0,故B正确。答案:B5.(多选)由我国自行设计、研制的世界上第一个全超导托卡马克EAST核聚变实验装置被称为“人造太阳”。下列关于“人造太阳”的说法中正确的是()A.“人造太阳”的核反应方程式是H+H→nB.“人造太阳”的核反应方程式是n→Ba+Kr+nC.根据公式ΔE=Δmc2可知,该燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D.根据公式ΔE=Δmc2可知,核燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量与裂变反应释放的能量相同解析Hen是氢核聚变方程,故A正确。根据氢核聚变特点,相同质量的核燃料,氢核聚变释放的能量比裂变反应大得多,故C正确。答案:AC6.质子和中子是由更基本的粒子即所谓“夸克”组成的。两个强作用相反(类似于正负电荷)的夸克在距离很近时几乎没有相互作用(称为“渐近自由”);在距离较远时,它们之间就会出现很强的引力(导致所谓“夸克禁闭”)。作为一个简单的模型,设这样的两夸克之间的相互作用力F与它们之间的距离r的关系式为F=式中F0为大于零的常量,负号表示引力,用U表示夸克间的势能,令U0=F0(r2-r1),取无穷远为零势能点。下列U-r图象中正确的是()解析:由于在无穷远处势能为零,在r1≤r≤r2之间表现为引力;靠近时,引力做正功,电势能减少;距离在0<r<r1间F=0,势能不变。所以B正确。答案:B7.大爆炸理论认为,我们的宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸。除开始瞬间外,在演化至今的大部分时间内,宇宙基本上是匀速膨胀的。20世纪末,对1A型超新星的观测显示,宇宙正在加速膨胀。面对这个出人意料的发现,宇宙学家探究其背后的原因,提出宇宙的大部分可能由暗能量组成,它们的排斥作用导致宇宙在近段天文时期内开始加速膨胀。如果真是这样,则标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系,大致是下面哪个图象()解析:匀速膨胀过程R=vt+R0,R-t图象是线性的;当加速膨胀时R=R0'+v0t+kat2(R0'为加速开始的半径,v0为加速开始的初速度,a为膨胀加速度),R-t图象变为曲线,并且是向上弯曲的,因此只有C图象是可能的。答案:C8.下列说法中正确的是()A.太阳是宇宙的中心B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星C.太阳系是由太阳和若干行星以及它们的卫星还有彗星组成的D.以上说法都正确解析:太阳系中以太阳为中心,有八大行星绕太阳运行,有的行星还有卫星,此外还有2000多颗比较小的小行星和彗星等,所以叙述较完整的是C项。通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星,太阳系的组成中还有小行星和彗星。答案:C9.天文观测表明,几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动,离我们越远的星体,背离我们运动的速度(称为退行速度)越大;也就是说,宇宙在膨胀。星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比,即v=Hr。式中H为一常量,称为哈勃常数,已由天文观察测定。为解释上述现象,有人提出一种理论,认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动,并设想我们就位于其中心,则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。(1)由上述理论和天文观测结果,可估算宇宙年龄T,其计算式是什么?(2)根据观测,哈勃常数H=3×10-2米/秒·光年,其中光年是光在一年中行进的距离,由此估算宇宙的年龄约为多少年?解析:(1)由于爆炸后各星体做的是匀速运动,令宇宙年龄为T,则星球现距我们的距离为r=vT=HrT,得T=。(2)T==年=1×1010年。答案:(1)T=(2)1×1010年10.两个中子和两个质子结合成一个氦核,同时释放一定的核能,若已知中子质量为7u,质子质量为3u,氦核质量为6u。试计算用中子和质子生成1kg氦时