高中物理 第十九章 原子核 7、8 核聚变 粒子和宇宙课时作业课件5高中选修35物理课件

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7．关于反粒子，下列说法正确的是( ABC )
A．电子的反粒子就是正电子，它的电荷量与电子相同，但 带的是正电荷
B．质子的反粒子就是反质子，它的电荷量与质子相同，但 带的是负电荷
C．粒子与它的反粒子质量相同 D．粒子与它的反粒子的物理性质相反
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原子的结构是( B )
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A．由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子构成 B．由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子构成 C．由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子构成 D．由1个不带电荷的中子和1个带正电荷的正电子构成
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(1)写出氘和氚聚变的反应方程； (2)试计算这个核反应释放出来的能量； (3)若建一座功率为3.0×105 kW的核聚变电站，假设聚变所 产生的能量有一半转化成了电能，求每年要消耗的氘的质量？ (一年按3.2×107 s计算，光速c＝3.0×108 m/s，结果取两位有效 数字)
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解析：由表中信息知，欧米伽b重子带的电荷量为－
1 3
e×2
＋ －13e GeV/c2＝5
＝－e，A对；欧米伽b重子的质量为(4.7＋0.15×2) GeV/c2，中子的质量为(0.008×2＋0.004)GeV/c2＝
0.02 GeV/c2，C对；质子质量(0.004×2＋0.008)GeV/c2＝0.016
根据以上信息，下列说法错误的是( B )
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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，与太阳发光的原理类似
B．这种装置同我国秦山核电站、大亚湾核电站所使用的核 装置反应原理相同
C．这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定 的释放
D．这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得多
答案：(1)21H＋31H→42He＋01n (2)2.8×10－12 J (3)23 kg
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解析：(1)21H＋31H→42He＋01n. (2)ΔE＝Δmc2＝(2.014 1＋3.016
0－4.002
6－1.008
7)×1.66×10－27×9×1016 J＝2.8×10－12 J.
u,1 u＝931 MeV/c2.氘核聚变反应中释放的核能约为( B )
A．3.7 MeV B．3.3 MeV C．2.7 MeV D．0.93 MeV
解析：氘核聚变反应的质量亏损为Δm＝2×2.013 6 u－ (3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝ 0.003 5×931 MeV/c2×c2≈3.3 MeV，选项B正确．
4.7
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根据以上信息可以判定( ACD )
A．欧米伽b重子带的电荷量为－e B．欧米伽b重子的质量是质子质量的250倍 C．欧米伽b重子的质量是中子质量的250倍 D．质量单位GeV/c2可由质能方程E＝mc2得知1 1.78×10－27 kg
GeV/c2＝
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课时(kèshí)作业21 核聚变 课时作业22 粒子和宇宙
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时间：45分钟 一、选择题(1～3为单选，4～9为多选) 1．1994年3月，中国科技大学研制成功了比较先进的HT－7 型超导托卡马克，托卡马克(Tokamak)是研究受控核聚变的一种 装置，这个词是toroidal(环形的)，kamera(真空室)，magnet(磁) 的头两个字母以及katushak(线圈)的第一个字母组成的缩写词，
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符号 中文名称
u
上夸克
d
下夸克
c
粲夸克
s 奇异夸克
t
顶夸克
b
底夸克
英文名称
up down charm strange top bottom
带电荷 质量(GeV/c2)
量(e)
＋2/3
0.004
－1/3
0.008
＋2/3
1.5
－1/3
0.15
＋2/3
176
－1/3
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3．2008年9月10日，欧洲核研究组织(CERN)的大型强子对 撞器于北京时间10日下午启动，展开历史上最复杂也最激动人心 的科学实验，就是模拟宇宙大爆炸．据香港《大公报》等媒体报 道，英国物理学家霍金指出，这次实验将是物理学“新黄金时 代”，打开了物质和宇宙秘密宝库．但有科学家担忧，实验可能 产生微型黑洞，令“世界末日来临”．科学家相信宇宙诞生时正 物质和反物质数量一样多，他们要探究之后没有反物质留下的原 因．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
解析：根据反粒子定义，“反粒子”与“正粒子”具有相 同的质量，但带有等量的异性电荷．因此“反氢原子”应该具 有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷量．所 以反氢原子是由1－1H核和01e构成的．
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4．1999年9月18日，中共中央、国务院、中央军委在人民大 会堂隆重表彰为研制“两弹一星”作出突出贡献的科技专家，下
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8．美国费米国家加速器实验室于2008年8月宣布，在对撞实 验中发现一种新型粒子——欧米伽b重子，这是迄今为止物理学 界发现的质量最大的重子．这一发现也证实夸克模型是成功的．
1961年，理论物理学家提出夸克模型，指出重子是由3个夸 克组成的亚原子粒子．现代物理学认为，夸克共分6种3类：上夸 克、下夸克；粲夸克，奇异夸克；顶夸克、底夸克(如下表)．质 子由两个上夸克加一个下夸克组成，则中子的构成是两个下夸克 加一个上夸克，因此人类目前所接触的物质都是由第一类夸克组 成的．此次对撞实验发现的新型粒子是由2个奇异夸克和1个底夸 克组成的．这是物理学界首次发现由后两类夸克混合组成的重 子．注1 G＝109.
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解析：由题给条件知，4种情况中共有6个氘核参与反应，
平均每个氘核放出的能量是7.2
MeV.1
L海水中的氘核数为
0.03 2
×6.02×1023＝9.03×1021个，每升海水可放能E＝1.04×1010 J.
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11．核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境 污染等优势的新能源．近几年来，受控核聚变的科学可行性已得 到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电 站．一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘(又叫重氢)和氚(又 叫超重氢)聚合成氦，并释放一个中子．若已知氘原子的质量为 2.014 1 u，氚原子的质量为3.016 0 u，氦原子的质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u,1 u＝1.66×10－27 kg.
GeV/c2，B错；1 GeV/c2＝1×109×1.6×10－19/(3×108)2 kg＝
1.78×10－27 kg，D对．
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9．下列说法正确的是( BD )
A.175N＋11H→162C＋42He是α衰变方程 B.11H＋21H→23He＋γ是核聚变反应方程 C.29328U→29304Th＋24He是核裂变反应方程 D.42He＋2173Al→3105P＋10n是原子核的人工转变方程
(3)M＝2ΔPEt×MD ＝2×3×108×3.2×21.80×7×120.－01124 1×1.66×10－27 kg
＝23 kg.
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12.K－介子衰变的方程为：K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介 子带负的元电荷，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，其中轨迹为圆弧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2 1，π0介子的轨迹未画出．求π－介子的动量大小 与π0介子的动量大小之比．
试．下列关于“人造太阳”的说法正确的是( AC )
A．“人造太阳”的核反应方程是21H＋31H→24He＋01n B．“人造太阳”的核反应方程是29325U＋10n→15461Ba＋9326Kr＋310 n C．“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE＝Δmc2 D．“人造太阳”核能大小的计算公式是E＝12mc2
解析：到目前为止，核聚变还没有得到广泛的应用，不管哪 国的核电站都是利用重核的裂变，故B说法是错误的．
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2．大科学工程“人造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的 能量用来发电．氘核聚变反应方程是：21H＋21H→32He＋01n.已知21H 的质量为2.013 6 u，32He的质量为3.015 0 u，10n的质量为1.008 7
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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．
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6．下列说法正确的是( BCD )
A．质子、电子、中子都是轻子 B．反粒子的质量与对应粒子的质量相同，二者电性相反 C．质子是最早发现的强子，电子是最早发现的轻子 D．目前发现的轻子有6种，其中τ子的质量比核子的质量还 大
动量守恒，得|pK－|＝－|pπ－|＋|pπ0|，整理得|pπ－| |pπ0|＝1 3.
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内容(nèiróng)总结
课时(kèshí)作业21 核聚变
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列核反应方程中属于研究两弹的基本的核反应方程式是( BD )
A.174N＋24He→187O＋11H B.23952U＋10n→9308Sr＋15346Xe＋1001n C.29328U→29304Th＋24He D.21H＋31H→42He＋10n
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5．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
解析：本题主要考查核反应方程问题，A为人工转变方 程，A错误．B为核聚变方程，B正确．C为α衰变方程，C错 误．D为原子核的人工转变方程，D正确，答案为B、D.
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二、非选择题 10．氘发生热核反应有如下四种情况，而且每种情况几率相 同(大量粒子的统计规律)． 12H＋21H→31H＋11H＋4 MeV 13H＋21H→42He＋10n＋17.6 MeV 12H＋21H→32He＋10n＋3.3 MeV 23He＋21H→42He＋11H＋18.3 MeV 1 L海水中大约有0.03 g氘，如果这些氘核完全聚变，释放的 能量是多少？ 答案：1.04×1010 J
答案：1 3
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解析：由题意及图示可知，K－介子在P点处动量方向向
下，衰变后生成的π－介子动量方向向上．由在匀强磁场中带电
粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径公式R＝
mv qB
知，
在q、B相同的情况下，动量和半径成正比，所以|pK－| |pπ－|＝
RK－ Rπ－＝2 1，若选向下方向为正，则由K－介子衰变过程中