高中物理 第19章 第7、8节核聚变粒子和宇宙检测试题 新人教版选修3-5

"【成才之路】-学年高中物理第19章第7、8节核聚变粒子和宇宙检测试题新人教版选修3-5"基础夯实一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)1．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．氢核、氘核、氦核等轻核答案：A解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子，之后又经历了质子和中子等强子时代，再之后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代，再之后是中子和质子结合成氘核，并形成氦核的核时代，之后电子和质子复合成氢原子，最后形成恒星和星系，因此A正确，B、C、D的产生都在A之后，故B、C、D错。2．年，美国《科学》杂志评出的《年世界十大科技突破》中，有一次是加拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转化为一个μ子和一个τ子。在上述研究中有以下说法，正确的是()①若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反②若发现μ子和中微子的运动方向一致，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致③若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致④若发现μ子和中微子的运动方向相反，则τ子的运动方向与中微子的运动方向可能相反A．①③B．②③C．③④D．①②答案：B解析：中微子在转化为μ子和τ子的前后过程中满足动量守恒定律。3．如图所示，中子内有一个电荷量为＋eq\f(2,3)e的上夸克和两个电荷量为－eq\f(1,3)e的下夸克，有一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上，如图所示给出的四幅图中，能正确表示出夸克所受静电作用力的是()ABCD答案：B解析：因为三个夸克分布在正三角形的顶点上，具有“对称”性，再考虑到同种电荷和异种电荷间的力的性质，上夸克受到的合力竖直向下，下夸克受到的合力竖直向上，故选项B是正确的。4．下列说法正确的是()A.eq\o\al(15,7)N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,6)C＋eq\o\al(4,2)He是α衰变方程B.eq\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C.eq\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D.eq\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答案：BD解析：本题主要考查核反应方程问题，A中方程为人工转变方程，A错。B为核聚变方程，B正确。C为α衰变方程，C错。D为原子核的人工转变方程，D正确，正确答案BD。5．国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学家发现在月球上含有丰富的eq\o\al(3,2)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eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(3,2)He→2eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(4,2)He。关于eq\o\al(3,2)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．聚变反应会有质量亏损D．目前核电站都采用eq\o\al(3,2)He聚变反应发电答案：BC解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损，要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项BC正确。二、非选择题6．产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应叫做________，太阳每秒钟辐射出来的能量约为3.8×1026J，就是从________反应中产生的，太阳内部时刻进行着4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程____________。答案：使轻核之间的距离减小到10－15m把它们的温度加热到很高热核反应热核4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e7．一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量mH＝1.0073u，中子质量mn＝1.0087u，氚核质量m＝3.0180u。(1)写出聚变方程；(2)释放出的核能多大？(3)平均每个核子释放的能量是多大？答案：(1)eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H(2)6.24MeV(3)2.08MeV解析：(1)聚变方程eq\o\al(1,1)H＋2eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H(2)质量亏损Δm＝mH＋2mn－m＝(1.0073＋2×1.0087－3.0180)u＝0.0067u释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0067×931.5MeV≈6.24MeV。(3)平均每个核子放出的能量为eq\f(6.24,3)MeV＝2.08MeV。能力提升一、选择题(1～3题为单选题，4、5题为多选题)1．一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个γ光子。已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3，普朗克常量为h，真空中的光速为c。下列说法正确的是()A．核反应方程是eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(3,1)H＋γB．聚变反应中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)cD．γ光子的波长λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c2)答案：B解析：eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(2,1)H＋γ，选项A错误；由题可知，该反应的质量亏损为Δm＝m1＋m2－m3，选项B正确；根据爱因斯坦的质能方程E＝mc2得，该反应辐射出的γ光子的能量为E＝(m1＋m2－m3)c2，选项C错误；由E＝hν＝heq\f(c,λ)得，λ＝eq\f(h,m1＋m2－m3c)，选项D错误。2．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21，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．11 B．12C．13 D．16答案：C解析：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)3．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＋Q1eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋X＋Q2方程式中Q1、Q2表示释放的能量，相关的原子核质量见下表：原子核eq\o\al(1,1)Heq\o\al(3,2)Heeq\o\al(4,2)Heeq\o\al(12,6)Ceq\o\al(13,7)Neq\o\al(15,7)N质量/u1.00783.01604.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是()A．X是eq\o\al(3,2)He，Q2>Q1 B．X是eq\o\al(4,2)He，Q2>Q1C．X是eq\o\al(3,2)He，Q2<Q1 D．X是eq\o\al(4,2)He，Q2<Q1答案：B解析：本题主要考查核反应方程及质能方程问题，由电荷数守恒及质量数守恒可知X应为eq\o\al(4,2)He，所以A、C错。由质量亏损多少可知Q2>Q1，所以B正确，D错，正确答案为B。4．据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试。下列关于“人造太阳”的说法正确的是()A．“人造太阳”的核反应方程是eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)nB．“人造太阳”的核反应方程是eq\o\al(235,92)U＋eq\o\al(1,0)n→eq\o\al(141,56)Ba＋eq\o\al(92,36)Kr＋3eq\o\al(1,0)nC．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝eq\f(1,2)mc2答案：AC解析：“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变而不是重核裂变，故选项A正确，选项B错误。核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选项C正确，选项D错误。5．在某些恒星内，3个α粒子结合成一个eq\o\al(12,6)C，eq\o\al(12,6)C原子的质量是12.0000u，eq\o\al(4,2)He原子的质量是4.0026u，已知1u＝1.66×10－27kg，则()A．反应过程中的质量亏损是Δm＝0.0078uB．反应过程中的质量亏损是Δm＝1.29×10－29C．反应过程中放出的能量是7.266MeVD．反应过程中放出的能量是1.16×10－19J答案：ABC解析：其反应方程是3eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(12,6)C。其质量亏损为Δm＝(3×4.0026－12.0000)u＝0.0078u，A项对；Δm＝0.0078×1.66×10－27kg＝1.29×10－29kg，B项对；ΔE＝0.0078×931.5MeV＝7.266MeV，C项对；ΔE＝7.266×106×1.6×10－19J＝1.16×10二、非选择题6．(扬州市～学年高二下学期期末)氘核和氚核可发生热核聚变而释放巨大的能量，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m1＝2.0141u、m2＝3.0161u、m3＝4.0026u和m4＝1.0087u；1u相当于931.5MeV的能量。由上述反应方程和数据可知，粒子X是________；该反应的质量亏损为________(用m1、m2、m3、m4表示)；该反应释放出的能量为________MeV(结果保留3位有效数字)。答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)m1＋m2－m3－m417.6解析：核反应方程eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,0)n；质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4；释放的核能ΔE＝Δmc2＝17.6MeV7．如下一系列核反应是在恒星内部发生的。p＋eq\o\al(12,6)C→eq\o\al(13,7)Neq\o\al(13,7)N→eq\o\al(13,6)C＋e＋＋νp＋eq\o\al(13,6)C→eq\o\al(14,7)Np＋eq\o\al(14,7)N→eq\o\al(15,8)Oeq\o\al(15,8)O→eq\o\al(15,7)N＋e＋＋νP＋eq\o\al(15,7)N→eq\o\al(12,6)C＋α其中