2022-2023學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 7 核聚變 8 粒子和宇宙課堂演練 新人教版選修3-5

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第十九章 原子核 7 核聚變 8 粒子和宇宙課堂演練 新人教版選修3-5 1.下列核反應(yīng)方程式中，表示核聚變過程的是（　　） A.P→Si＋e B.H＋H→H＋n C.6C→7N＋　0－1e D.90U→90Th＋He 解析：輕核聚變是指把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，并釋放出核能的反應(yīng)，所以由此可知A是衰變反應(yīng)，B是輕核聚變，C是β衰變，D是α衰變，B正確. 答案：B 2．(多選)如圖所示，托卡馬克(Tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的頭兩個(gè)字母以及katushk

2、a(線圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫詞．根據(jù)以上信息，下述判斷中可能正確的是(　　) A．這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(shí)釋放出大量的能量，和太陽發(fā)光的原理類似 B．線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)而不溢出 C．這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同 D．這種裝置可以控制熱核反應(yīng)速度，使聚變能緩慢而穩(wěn)定地進(jìn)行 解析：聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A項(xiàng)正確；線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用不飛出，故B項(xiàng)正確；核電站的原理是裂變，托爾馬克的原理是聚變，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；該裝置使人們可以在實(shí)驗(yàn)室控制反應(yīng)速度，平穩(wěn)釋放核能，故

3、D項(xiàng)正確． 答案：ABD 3．一個(gè)氘核(H)與一個(gè)氚核(H)發(fā)生聚變，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新核，并出現(xiàn)質(zhì)量虧損．聚變過程中(　　) A．吸收能量，生成的新核是He B．放出能量，生成的新核是He C．吸收能量，生成的新核是He D．放出能量，生成的新核是He 解析：聚變反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定放出能量，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，生成的新核是He，選項(xiàng)B正確． 答案：B 4.已經(jīng)證實(shí)，質(zhì)子、中子都是由稱為上夸克和下夸克的兩種夸克組成的，上夸克帶電為e，下夸克帶電為－e，e為電子所帶電量的大小，如果質(zhì)子是由三個(gè)夸克組成的，且各個(gè)夸克之間的距離都為l，l＝1.5×10－15 m.試

4、計(jì)算質(zhì)子內(nèi)相鄰兩個(gè)夸克之間的靜電力（庫侖力）. 解析：質(zhì)子帶電為＋e，所以它是由2個(gè)上夸克和1個(gè)下夸克組成的.按題意，三個(gè)夸克必位于等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)處，這時(shí)上夸克與上夸克之間的靜電力應(yīng)為Fuu＝k＝k 代入數(shù)值解得Fuu＝46 N，為斥力上、下夸克之間的靜電力F′ud＝k＝k 代入數(shù)值解得：F′ud＝23 N，為吸引力. 答案：上夸克間靜電力F＝46 N，為斥力上、下夸克間靜電力為23 N，為吸力 [A級(jí)　抓基礎(chǔ)] 1.關(guān)于粒子的分類，目前人們認(rèn)為粒子世界是由下列哪三類粒子構(gòu)成的（　?。? A.媒介子、夸克、強(qiáng)子　 B.夸克、輕子、強(qiáng)子 C.媒介子、輕子、強(qiáng)子 D.質(zhì)

5、子、中子、電子 解析：按照粒子與各種相互作用的不同關(guān)系，把粒子分為三大類，即強(qiáng)子、輕子和媒介子. 答案：C 2.關(guān)于核聚變，以下說法不正確的是（　?。? A.與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔 B.世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站 C.要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15 m以內(nèi)，核力才能起作用 D.地球聚變?nèi)剂系膬?chǔ)量十分豐富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核 解析：與裂變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）安全、清潔、輻射少；（2）核燃料儲(chǔ)量多；（3）核廢料易處理.但核聚變發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行，所以B項(xiàng)是不正確的. 答案：B 3．關(guān)于核反應(yīng)

6、方程：H＋H→He＋X.用c表示光速，則(　　) A．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2 B．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2 C．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘以c2 D．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和，再乘以c2 解析：由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律，可得X為n(中子)，再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D項(xiàng)正確． 答案：D 4.（多選）2006年9月28日，我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次發(fā)電，顯示了“EAST”裝置具

7、有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1 000 s，溫度超過1億度，標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平.合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方.核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富，已知氘核的質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是（　　） A.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子 B.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子 C.兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)He所釋放的核能為（2m1－m3－m4）c2 D.與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性 解析：由核反應(yīng)方程2H

8、―→He＋X知，X應(yīng)為中子，釋放的核能ΔE＝（2m1－m3－m2）c2，聚變反應(yīng)的污染非常小.而現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確. 答案：BD B級(jí)　提能力 5．“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱：EAST，俗稱“人造太陽”)是我國自行研制的可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置．設(shè)該實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核的質(zhì)量為m1，氚核的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核的質(zhì)量為m3，中子的質(zhì)量為m4，光速為c.下列說法中不正確的是(　　) A．這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→He＋n B．由核反應(yīng)過程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4 C．核反應(yīng)放出的能量等于 (m1＋m2－m3－m4 )c2 D

9、．這種裝置與我國大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理不相同 解析：可控?zé)岷朔磻?yīng)裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是H＋H→He＋n，故A正確；核反應(yīng)過程中質(zhì)量數(shù)守恒，但質(zhì)量不守恒，核反應(yīng)過程中存在質(zhì)量虧損，因此m1＋m2≠m3＋m4，故B錯(cuò)誤；核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損Δm＝m1＋m2－m3－m4，釋放的核能ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故C正確；這種裝置的核反應(yīng)是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應(yīng)原理不相同，故D正確． 答案：B 6.如下一系列核反應(yīng)是在恒星內(nèi)部發(fā)生的. p＋6C―→7N　7N―→6C＋e＋＋ν p＋6C―→7N　p＋7N―→8O 8O

10、―→7N＋e＋＋ν　P＋7N―→6C＋α 其中p為質(zhì)子，α為α粒子，e＋為正電子，ν為中微子，已知質(zhì)子的質(zhì)量為mp＝1.672 648×10－27kg，α粒子的質(zhì)量為mα＝6.644 929×10－27kg， 正電子的質(zhì)量為me＝9.11×10－31kg，中微子的質(zhì)量可忽略不計(jì)，真空中的光速c＝3.00×108 m/s，試計(jì)算該系列核反應(yīng)完成后釋放的能量. 解析：為求出系列反應(yīng)后釋放的能量，將題中所給的諸核反應(yīng)方程左右兩側(cè)分別相加，消去兩側(cè)相同的項(xiàng)，系統(tǒng)反應(yīng)最終等效為 4p―→α＋2e＋＋2ν 設(shè)反應(yīng)后釋放的能量為Q，根據(jù)質(zhì)能關(guān)系和能量守恒得 4mpc2＝mαc2＋2mec2＋Q

11、代入數(shù)值可得Q＝3.95×10－12J. 答案：3.95×10－12J 7．太陽和許多恒星發(fā)光是內(nèi)部核聚變的結(jié)果，核反應(yīng)方程H＋H→X＋e＋νc是太陽內(nèi)部的許多核反應(yīng)中的一種，其中e為正電子，νc為中微子． (1) 確定核反應(yīng)方程中a、b的值． (2)在質(zhì)子與質(zhì)子達(dá)到核力作用范圍完成核聚變前必須要克服強(qiáng)大的庫侖斥力．設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m，電子質(zhì)量相對(duì)小得多可忽略，中微子質(zhì)量為零，克服庫侖力做功為W.若一個(gè)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子與一個(gè)速度為零的質(zhì)子發(fā)生上述反應(yīng)，運(yùn)動(dòng)質(zhì)子速度至少多大？ 解析：(1)根據(jù)核反應(yīng)的質(zhì)量數(shù)及電荷數(shù)守恒可知a＝1，b＝2. (2)由動(dòng)量守恒定律可知：mv0＝2mv 由能量關(guān)系可知：－W＝(2m)v2－mv. 解得v0＝ . 答案：(1)a＝1，b＝2　(2)