2024-2025学年高中物理第十九章原子核7-8粒子和宇宙课堂演练含解析新人教版选修3-5

PAGE5-核聚变粒子和宇宙1.下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（）A.eq\o\al(30,15)P→eq\o\al(30,14)Si＋eq\o\al(0,1)eB.eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)H＋eq\o\al(1,0)nC.eq\o\al(14,)6C→eq\o\al(14,)7N＋0－1eD.eq\o\al(238,)90U→eq\o\al(234,)90Th＋eq\o\al(4,2)He解析：轻核聚变是指把轻核结合成质量较大的核，并释放出核能的反应，所以由此可知A是衰变反应，B是轻核聚变，C是β衰变，D是α衰变，B正确.答案：B2．(多选)如图所示，托卡马克(Tokamak)是探讨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．依据以上信息，下述推断中可能正确的是()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、大亚湾核电站所运用核装置的核反应原理相同D．这种装置可以限制热核反应速度，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试验室限制反应速度，平稳释放核能，故D项正确．答案：ABD3.（多选）关于轻核聚变和重核裂变，下列说法正确的是（）A.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积B.发生聚变反应时的原子核必需有足够大的动能C.我国已建成生产的秦山和大亚湾核电站，前者是利用核聚变释放核能，后者是利用核裂变释放核能D.一个质子和两个中子聚变成一个氚核，已知质子质量为1.0073u，中子质量为1.0087u，氚核质量为3.0180u，则该反应中释放的核能约为6.24MeV（1u相当于931.5MeV）解析：由核聚变的条件为须要高温，发生核聚变时不须要达到临界体积，A错误；发生聚变反应时，要求两核子应能达到较近的距离，故应使原子核有足够大的动能，B正确；目前的核电站均采纳核裂变；聚变的应用尚在试验阶段，C错误；该核反应中质量亏损Δm＝1.0073u＋2×1.0087u－3.0180u＝0.0067u，则释放的核能ΔE＝Δmc2＝0.0067×931MeV＝6.24MeV，D正确.答案：BD4.已经证明，质子、中子都是由称为上夸克和下夸克的两种夸克组成的，上夸克带电为eq\f(2,3)e，下夸克带电为－eq\f(1,3)e，e为电子所带电量的大小，假如质子是由三个夸克组成的，且各个夸克之间的距离都为l，l＝1.5×10－15m.试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力（库仑力）.解析：质子带电为＋e，所以它是由2个上夸克和1个下夸克组成的.按题意，三个夸克必位于等边三角形的三个顶点处，这时上夸克与上夸克之间的静电力应为Fuu＝keq\f(\f(2,3)e×\f(2,3)e,l2)＝eq\f(4,9)keq\f(e2,l2)代入数值解得Fuu＝46N，为斥力上、下夸克之间的静电力F′ud＝keq\f(\f(2,3)e×\f(1,3)e,l2)＝eq\f(2,9)keq\f(e2,l2)代入数值解得：F′ud＝23N，为吸引力.答案：上夸克间静电力F＝46N，为斥力上、下夸克间静电力为23N，为吸力[A级抓基础]1.关于粒子的分类，目前人们认为粒子世界是由下列哪三类粒子构成的（）A.媒介子、夸克、强子 B.夸克、轻子、强子C.媒介子、轻子、强子 D.质子、中子、电子解析：依据粒子与各种相互作用的不同关系，把粒子分为三大类，即强子、轻子和媒介子.答案：C2.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，更为平安、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，必需使它们的距离达到10－15m以内，核力才能起作用D.地球聚变燃料的储量特别丰富，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）平安、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：B3．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）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，标记着我国磁约束核聚变探讨进入国际先进水平.合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚试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2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X知，X应为中子，释放的核能ΔE＝（2m1－m3－m2）c2，聚变反应的污染特别小.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级提实力5.两个氘核以相等的动能Ek对心碰撞发生核聚变，核反应方程为eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n，其中氘核的质量为m1，氦核的质量为m2，中子的质量为m3.假设核反应释放的核能E全部转化为动能，下列说法正确的是（）A.核反应后氮核与中子的动量相同B.该核反应释放的能量为E＝（m1－m2－m3）c2C.核反应后氮核的动能为eq\f(E＋2Ek,4)D.核反应后中子的动能为eq\f(E＋Ek,4)解析：核反应前后两氘核动量和为零，因而反应后氦核与中子的动量等大反向，故A错误；该核反应前后释放的能量ΔE＝（2m1－m2－m3）c2，故B错误；由能量守恒可知，核反应后的总能量为E＋2Ek，由Ek＝eq\f(p2,2m)及mHe＝3mn可知，核反应后氦核的动能为eq\f(（E＋2Ek）,4)，核反应后中子的动能为eq\f(3（E＋2Ek）,4)，故C正确，D错误.答案：C6.如下一系列核反应是在恒星内部发生的.p＋eq\o\al(12,)6C→eq\o\al(13,)7Neq\o\al(13,)7N→eq\o\al(13,)6C＋e＋＋νp＋eq\o\al(12,)6C→eq\o\al(14,)7Np＋eq\o\al(14,)7N→eq\o\al(15,)8Oeq\o\al(15,)8O→eq\o\al(15,)7N＋e＋＋νP＋eq\o\al(15,)7N→eq\o\al(12,)6C＋α其中p为质子，α为α粒子，e＋为正电子，ν为中微子，已知质子的质量为mp＝1.672648×10－27kg，α粒子的质量为mα＝6.644929×10－27kg，正电子的质量为me＝9.11×10－31kg，中微子的质量可忽视不计，真空中的光速c＝3.00×108m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量.解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系统反应最终等效为4p→α＋2e＋＋2ν设反应后释放的能量为Q，依据质能关系和能量守恒得4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q代入数值可得Q＝3.95×10－12J.答案：3.95×10－12J7．太阳和很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是太阳内部的很多核反应中的一种，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须要克服强大的库仑斥力．设质子的质量为m，电子质量相对小得多可忽视，中微子质量为零，