新教材同步辅导2024年高中物理第五章原子核5.4核裂变与核聚变5.5“基本”粒子同步练习新人教版选择性必修第三册

4核裂变与核聚变5“基本”粒子【基础巩固】1.下列说法正确的是 ()A.最早发觉的轻子是电子,最早发觉的强子是中子B.质子、中子、介子和超子都属于强子C.强子、轻子都有内部结构D.τ子质量比核子质量大,τ子不属于轻子解析:最早发觉的强子是质子,最早发觉的轻子是电子,选项A错误.强子有内部结构,强子由夸克组成,还没有发觉轻子的内部结构,选项C错误.质子、中子、介子、超子都属于强子,τ子质量比核子质量大,但仍属于轻子,选项B正确,选项D错误.答案:B2.(2024·广东深圳)今年两会期间,核聚变领域专家表示,可控核聚变技术研发已进入快车道,预料再过30年可以实现商用.下列相关描述正确的是()A.目前核电站运用的都是核聚变技术B.核反应

92235U+01nBa+C.太阳是一个巨大的核聚变反应堆D.原子弹是利用核聚变原理制成的解析:目前核电站运用的都是核裂变技术,A错误;核反应

92235U+01nBa+

答案:C3.科学家发觉月球上含有丰富的

23He(氦3),它是一种高效、清洁、平安的核聚变燃料,其参加的一种核聚变反应的方程式为223He211H+A.核聚变反应不会释放能量B.核聚变反应产生了新的原子核C.核聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采纳

2解析:核聚变反应中产生了新的原子核,同时由于发生了质量亏损,会有核能的释放,选项B正确,选项A、C错误.目前核电站采纳重核裂变的方法来利用核能发电,选项D错误.答案:B4.(多选)关于核反应堆,下列说法正确的是 ()A.铀棒是核燃料,铀核裂变时释放核能B.镉棒的作用是限制反应堆的功率C.石墨的作用是汲取中子D.冷却剂的作用是限制反应堆的温度和输出热能解析:铀棒是核燃料,铀核裂变时可放出能量,选项A正确.镉棒汲取中子的实力很强,作用是调整中子数目以限制反应速度,即限制反应堆功率,选项B正确.热中子最简单引发核裂变,所以在快中子遇到铀棒前要进行减速,石墨的作用是使中子减速,选项C错误.水或液态金属钠等流体在反应堆内外循环流淌,把反应堆内的热量传输出去,用于发电,同时也使反应堆冷却,限制温度,选项D正确.答案:ABD5.发电站的核能来源于

92235U的核裂变,下列说法正确的是 (A.反应堆中核反应速度通常是采纳调整

92B.92235U的一种可能裂变是

92235U+01nC.92D.虽然核电站能供应很大的能量,但它对环境的污染比火电站严峻解析:反应堆中核反应速度由限制棒(镉棒)汲取中子的多少来限制,选项A错误.92235U核裂变有多种可能性,这是其中常见的一种,选项B正确.放射性元素的半衰期由原子核本身确定,与温度、压强等外界条件无关,选项C错误.核电站对环境的污染比火电站小,选项D错误答案:B6.我国自行研制了可控热核反应试验装置“超导托卡马克”(英文名称:EAST,俗称“人造太阳”).设热核试验反应前氘核(12H)的质量为m1,氚核(13H)的质量为m2,反应后氦核(24He)的质量为m3,中子(01A.这种装置中发生的核反应方程是

12H+13H2B.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.这种装置与我国核电站所运用装置的核反应原理相同解析:核反应方程为

12H+13HHe+01n,选项A正确.反应过程中向外释放能量,质量有亏损,且释放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c答案:A7.(多选)铀核裂变反应中的一个核反应方程为

92235U+01nXe+3890Sr+1001n,已知

92235U核的质量为235A.质量亏损为Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072)uB.质量亏损为Δm=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)uC.释放的总能量为ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×(3×108)2JD.释放的总能量为ΔE=(235.0439+1.0087-89.9077-135.9072-10×1.0087)×931.5MeV解析:计算质量亏损时要用反应前的总质量减去反应后的总质量,二者之差可用u或kg作为单位,选项A错误,选项B正确.质量单位为u时,可干脆用“1u相当于931.5MeV的能量”计算总能量,选项D正确.当质量单位为kg时,干脆乘c2,能量单位才是J,选项C错误.答案:BD8.太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核同时放出两个正电子的热核反应,这个核反应释放出的大量能量就是太阳能.已知质子质量为mH=1.0073u,氦核质量为mHe=4.0015u,电子质量为me=0.00055u,1u相当于931.5MeV的能量,光在真空中的速度c=3×108m/s.(1)写出这个核反应方程.(2)这一核反应能释放多少能量?(3)已知太阳每秒释放的能量为3.8×1026J,则太阳每秒削减的质量为多少千克?解析:(1)由题意可得核反应方程为411HHe+21(2)反应前的质量m1=4mH=4×1.0073u=4.0292u,反应后的质量m2=mHe+2me=4.0015u+2×0.00055u=4.0026u,Δm=m1-m2=0.0266u,由ΔE=Δmc2得,释放的能量ΔE=0.0266×931.5MeV=24.78MeV.(3)由ΔE=Δmc2得太阳每秒削减的质量Δm'=ΔE'c2=答案:(1)411HHe+210e(2)24.78MeV(3)4.【拓展提高】9.(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,它们的电荷量如下表所示,表中e为元电荷.粒子π+π-udud电荷量+e-e+2e-e-2e+e下列说法正确的是 ()A.π+由u和d组成B.π+由d和u组成C.π-由u和d组成D.π-由d和u组成解析:π+介子的电荷量为+e,且是由一个夸克和一个反夸克组成的.由题知夸克u的电荷量为+23e,反夸克d的电荷量为+13e,23e+13e=e,那么π+介子就是由夸克u和反夸克d组成的;同理,π-介子由夸克d和反夸克u答案:AD10.(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪,同时放出3个中子,核反应方程是

92235U+XBa+

3689Kr+3A.核反应方程中,X粒子是中子B.核反应方程中,X粒子是质子C.92235U、56144BaD.92235U、56144Ba解析:依据质量数和电荷数守恒可知,X肯定是中子,选项A正确,选项B错误.分析比结合能随核子数改变的曲线可知,在铁原子核旁边的原子核比结合能最大,然后随核子数的增大,比结合能减小,所以

92235U、563689Kr核的比结合能最大,最稳定,选项C错误.原子核中核子数越多的结合能越大,92235U、56144Ba答案:AD11.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+612CN+Q1,11H+715NC+X+Q2,方程中原子核

1

2

2

6

7

7质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是 ()A.X是

23He,Q2>B.X是

24He,Q2>C.X是

23He,Q2<D.X是

24He,Q2<解析:依据核反应中质量数与电荷数守恒简单求得新核X的质量数为4、电荷数为2,即X是

24He;依据表中供应的数据,可以求得第2个核反应的质量亏损大,依据ΔE=Δmc2必定有Q1<Q2答案:B12.用中子轰击铀核(92235U),其中的一个可能反应是分裂成钡(56141Ba)和氪mU=390.3139×10-27kg,mn=1.6749×10-27kg,mBa=234.0016×10-27kg,mKr=152.6047×10-27kg.试写出核反应方程,求出反应中释放的核能.光在真空中的速度c=3×108m/s.解析:依据反应前后质量数守恒、电荷数守恒,铀核裂变方程为

01n+92235UBa+核反应前后的质量亏损为Δm=mU+mn-mBa-mKr-3mn=3.578×10-28kg,由ΔE=Δmc2可得释放的核能为ΔE=Δmc2=3.2202×10-11J.答案:01n+92235UBa+3692Kr+30113.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核,已知氘核质量mD=2.0136u,氦核质量mHe=3.0150u,中子质量mn=1.0087u.1u相当于931.5MeV的能量.(1)计算释放出的核能.(2)若反应前两氘核的动能均为Ek0=0解析:(1)核反应方程为212HHe+反应前后质量亏损Δm=2mD-mHe-mn=0.0035u,由1u相当于931.5MeV的能量得释放出的核能ΔE=0.0035×931.5MeV=3.26MeV.(2)将两氘核作为一个系统,由动量守恒有0=mHevHe+mnvn,EkHe=12mHevHe2,Ekn=12由能量守恒有12mHevHe2+12mnvn2代入数据可得EkHe=0.99MeV,Ekn=2.97MeV.答案:(1)3.26MeV(2)0.99MeV2.97MeV【挑战创新】14.太阳中所发生的“氢聚变”事实上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用”进行的,其详细反应过程为如图所示的六步循环,这个循环被称为“碳循环”,太阳能主要就是由这个“碳循环”产生的.依