高中物理第十九章原子核课时精选训练(二十四)核聚变粒子和宇宙解析版新人教版选修3_5
高中物理第十九章原子核核聚变粒子和宇宙课后训练新人教选修
第7节核聚变第8节粒子和宇宙课后训练1．关于聚变，以下说法正确的是( )A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时释放出能量B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能2．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3．科学家发现在月球上含有丰富的32He (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32He＋32He→211H＋42He。
关于32He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．聚变反应没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反应发电4．下面是一核反应方程21H＋31H→42He＋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c2B．X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘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的质量和，再乘c25．太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少。
太阳每秒钟辐射出的能量约为4×1026J，根据爱因斯坦质能方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( )A．1036 kg B．1018 kgC．1013 kg D．109 kg6．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7．天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀。
高中物理第十九章原子核1核聚变同步训练(含解析)
19.7核聚变一、选择题1、原子核Z A X与氘核12H反应生成一个α粒子和一个质子．由此可知（)A、A=2，Z=1B、A=2，Z=2C、A=3，Z=3D、A=3，Z=22、太阳辐射能量主要来自太阳内部的（)A、化学反应B、放射性衰变C、裂变反应D、热核反应3、秦山核电站是我国第一座自主研究、设计和建造的核电站,它为中国核电事业的发展奠定了基础．秦山核电站的能量来自于（）A、天然放射性元素衰变放出的能量B、人工放射性同位素衰变放出的能量C、重核裂变放出的能量D、轻核聚变放出的能量4、关于原子物理的相关知识，下列说法正确的是（）A、太阳辐射能量主要来自太阳内部的核聚变反应B、一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该光的波长太短C、发生光电效应时，入射光的频率越高,逸出的光电子的最大初动能就越小D、大量的氢原子从n=3能级向低能级跃迁时，只能辐射两种不同频率的光5、太阳辐射能量主要来自太阳内部的（）A、裂变反应B、热核反应C、化学反应D、放射性衰变6、下列说法不正确的是（）A、太阳辐射的能量主要来自于太阳内部的热核反应B、波尔根据氢原子光谱分立的特性提出电子轨道和原子能量是量子化的C、核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力比库仑大得多D、光电效应和α粒子散射实验都证明了原子核式结构模型7、原子能资源的综合利用已成为世界各国的发展方向，我国在综合利用原子能方面进展较快，目前我国核电站已建成9座、正在建设的3座、即将开建的有4座．届时将较好地改变我国能源结构．对有关原子核的下列说法中正确的是(）A、太阳辐射的能量主要来源于重核裂变B、β衰变所释放的电子是原子核内的中子转化成质子时所产生的C、X射线是处于激发态的原子核辐射出来的D、核力是强相互作用的一种表现，在原子核内核力与库仑力差不多大8、以下物理过程中原子核发生变化而产生新核的有()A、光电效应现象B、卢瑟福的α粒子散射实验C、X射线的产生过程D、太阳内部发生的剧烈反应9、核反应堆是人工控制链式反应速度、并获得核能的装置．它是由以下几个主要部件构成：(1）铀棒；（2）控制棒；（3）减速剂;（4)冷却剂．关于控制棒的主要作用，下面说法正确的是（）A、使快中子减速，维持链式反应的进行B、吸收中子，控制链式反应的速度C、冷却降温，控制核反应堆的温度不要持续升高D、控制铀的体积不要超过临界体积10、链式反应中，重核聚变时放出的可使裂变不断进行下去的粒子是(）A、质子B、中子C、β粒子D、α粒子11、下列说法正确的是（）A、原子核发生α衰变时，新核与α粒子的总质量等于原来的原子核的质量B、在原子核中，比结合能越小表示原子核中的核子结合得越牢固C、按照玻尔理论，氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大,原子的总能量不变D、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应．12、以下是有关近代物理内容的若干叙述，其中正确的有（）A、每个核子跟所有的核子发生核力作用B、太阳内部发生的核反应是热核反应C、紫外线照射到金属锌板表面时能产生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时,从锌板表面逸出的光电子的最大初动能也随之增大D、卢瑟福提出的原子核式结构模型，可以解释原子的稳定性和原子光谱的分立特征13、发生轻核聚变的方法是（)A、用中子轰击B、保持室温环境，增大压强C、用γ光子照射D、把参与反应的物质加热到几百万度以上的高温14、下列说法不正确的是（)A、太阳辐射的能量主要来自太阳内部的核聚变反应B、天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构C、一束单色光照射到某种金属表面不能发生光电效应，是因为该束光的波长太短D、发生光电效应时,入射光的光强一定，频率越高，逸出的光电子的最大初动能就越大15、下列说法正确的是（）A、汤姆生发现电子,表明原子具有核式结构B、接收无线电波时需要对电磁波进行调制C、核聚变又称热核反应，可见核聚变时要吸收能量D、真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的二、填空题16、核能是一种高效的能源：①在核电站中，为了防止放射性物质泄漏，核反应堆有三道防护屏障：燃料包壳，压力壳和安全壳（见图甲）．结合图乙可知，安全壳应当选用的材料是________．②图丙是用来监测工作人员受到辐射情况的胸章，通过照相底片被射线感光的区域，可以判断工作人员受到何种辐射．当胸章上1mm 铝片和3mm铝片下的照相底片被感光，而铅片下的照相底片未被感光时,分析工作人员受到了________射线的辐射；当所有照相底片被感光时,工作人员受到了________射线的辐射．17、核电站是人类和平利用核能的一个实例．目前核电站是利用________释放的核能来发电的．（选填“核裂变”或“核聚变”）18、太阳内部不停地进行着热核反应（氢聚变为氦），同时释放出巨大的能量．太阳能的特点之一是不________环境,太阳能电池是根据在半导体中发生的________效应制成的．19、人类利用的大部分能量都是直接或间接来自于太阳能．在太阳内部，氢原子核在超高温下发生________，释放出巨大的________．今天我们开采化石燃料来获取能量，实际上是在开采上亿年前地球所接收的________．20、2006年11月21日,中国、欧盟、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度七方在法国总统府正式签署一个能源方面的联合实施协定及相关文件,该协定中的能源是指________能源．三、解答题21、一个氘核和一个氚核发生聚变，放出一个中子和17.6MeV的能量．计算2克氘和3克氚聚变放出的能量，并写出核反应方程．22、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m1，氚原子的质量为m2，氦原子的质量为m3，中子的质量为m4，真空中光速为C(1）写出氘和氚聚变的核反应方程；（2）试计算这个核反应释放出来的能量．23、科学家初步估计月球土壤中至少有100万吨“氦3"（即23He），它是热核聚变的重要原料如果月球开发成功,将为地球带来取之不尽的能源．已知氨3核与氘核发生聚变反应有质子流产生（1）写出核反应方程，（2）若该反应中质量亏损为9.0×l0﹣30kg,且释放的能量全部转化为生成物的总动能．试计算生成物的总动能(聚变前粒子的动能可忽略不计）．24、物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氦核的核聚变反应．根据这一理论，在太阳内部4个氢核(11H）转化成一个氦核（24He）相两个正电子10e)并放出能量．已知质子质量m P=1。
高中物理第十九章原子核核聚变成长训练新人教选修
7 核聚变主动成长夯基达标1.下列核反应：①n P Al He 103015271342+→+②γ+→+He H H 411131③He O H F 4216811199+→+④γ+++→+n 10Xe Sr n U 101365490381023592 下列说法中正确的是（ ）A.①是原子核的人工转变的反应方程式B.②是聚变的核反应方程式C.③是α衰变的反应方程式D.④是裂变的核反应方程式思路解析：我们要对人工转变、聚变、裂变、衰变的定义作深入认识，根据各种定义可知：①是人工转变的反应方程式；②是聚变的核反应方程式；③并不是α衰变，而是人工转变，④是裂变的核反应方程式.故答案为A 、B 、D.答案：ABD2.关于聚变，以下说法中正确的是( )A.两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B.同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能思路解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但其生成物不是中等质量的核，故A 错误.聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，这点由聚变反应的特点我们就可以知道，故B 正确.裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10-15 m ，故要求有足够大的动能才能克服原子核间的斥力做功，故C 错,D 正确.答案：BD3.氘核（H 21）和氚核（H 31）的核反应方程如下：n He H H 10423121+→+，该氘核的质量为m 1，氚核的质量为m 2，氦核的质量为m 3，中子的质量为m 4,则反应过程中释放的能量为 ( )A.（m 1+m 2-m 3）c 2B.(m 1+m 2-m 4)c 2C.(m 1+m 2-m 3-m 4)c 2 `D.(m 3+m 4-m 1-m 2)c 2思路解析：此变化过程中释放能量，说明聚变之后，新核的质量之和小于聚变之前原来核的质量之和，质量亏损应为（m 1+m 2）-(m 3+m 4),释放的能量ΔE=Δmc 2=(m 1+m 2-m 3-m 4)c 2.答案：C4.下列核反应方程及其表述都正确的是( )A. H He H H 11422132+→+是聚变反应B. n 3Kr Ba n U 109236141561023592++→++是裂变反应 C. n He H H 10423121+→+是聚变反应D.e Mg Na 0124122411-+→是裂变反应思路解析：核反应中把重核分裂成质量较小的核并释放出核能的反应称为裂变，把轻核结合成质量较大的核并释放出核能的反应称为聚变.根据以上裂变和聚变的定义可判断出A 、B 、C 正确.答案：ABC5.关于我国已建成的秦山和大亚湾核电站，下列说法中正确的是( )A.它们都是利用核聚变释放原子能的B.它们都是利用核裂变释放原子能的C.两者的核燃料都是纯铀235D.一座是利用核裂变释放原子能，一座是利用核聚变释放原子能思路解析：现在我们和平利用的核能只能通过核裂变产生，故答案为B.答案：B6.产生聚变的条件是________，我们往往采用________的方法来满足上述条件，这种反应又叫做________.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________.思路解析：“聚变”就是要使原先相距“较远”的核能克服库仑斥力而结合为一个“稳定”的新核，因此事先须让两核获得较大的初动能，常采用加热的方法.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 e He H 01241124+→ 7.质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3,质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克常量为h ，真空中的光速为c,则γ射线的频率为________.思路解析：根据题意，可知反应中释放的能量以射线的形式出现，则射线的能量可由反应前后的质量亏损计算，而射线的能量又与射线的频率有关，容易求解.反应前后的质量亏损为m 1+m 2-m 3，释放的能量为E=（m 1+m 2-m 3）c 2，射线的能量为hν=(m 1+m 2-m 3)c 2，所以射线的频率就是ν=(m 1+m 2-m 3)c 2/h.答案：（m 1+m 2-m 3）c 2/h8.4个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子，释放出2.8×106eV 的能量，写出核反应方程，并计算1 g 氢核完成这个反应后释放出多少焦耳的能量.思路解析：该反应的核反应方程为：e He H 01421124+→,由此可知，平均每个氢核反应释放出的能量为4108.260⨯=E e V=7×105 eV,1 g 氢核（即1 mol ）所包含的氢核的粒子个数为6.0×1023个，应释放出的总能量E 为：E=7×105×6.0×1023 e V=4.2×1029 e V=6.72×1010 J.答案：e He H 01421124+→ 6.72×1010 J 9.已知氘核质量为2.013 6 u ，中子质量为1.008 7 u, He 32核的质量为3.015 0 u.(1)写出两个氘核聚变成He 32的核反应方程;(2)计算上述核反应中释放的核能;(3)若两个氘核以相等的动能0.35 MeV 做对心碰撞即可发生上述核反应，且释放的核能全部转化为机械能，则反应中生成He 32核和中子的动能各是多少？思路解析：（1）n He H H 10322121+→+.(2)核反应中质量亏损Δm=2.013 6 u ×2-(3.015 0 u+1.008 7 u)=0.003 5 u,释放的核能：ΔE=Δmc 2=0.003 5×931.5 M eV=3.26 MeV.（3）设32HE 核和中子的质量分别为m 1、m 2，速度分别为v 1、v 2，则由动量守恒定律及能量守恒定律得：m 1v 1-m 2v 2=0,E k1+E k2=2E k0+ΔE 解方程组可得：E k1=41（2E k0+ΔE ）=41×(2×0.35+3.26) M eV=0.99 MeV; E k2=43 (2E k0+ΔE)=43×(2×0.35+3.26) M eV=2.97 MeV. 答案：(1) n He H H 10322121+→+ (2)3.26 MeV (3)0.99 MeV 2.97 MeV10.一个质子和两个中子聚变为一个氚核，已知质子质量m H =1.007 3u,中子质量m n =1.008 7 u,氚核质量m=3.018 0 u.（1）写出聚变方程;(2)释放出的核能是多大？（3）平均每个核子释放的能量是多大？思路解析：(1)聚变方程为：H n 2H 311011→+.(2)质量亏损为：Δm=m H +2m n -m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0)u =0.006 7u,释放的核能：ΔE=Δm c 2=0.006 7×931.5 M eV=6.24 MeV.(3)平均每个核子放出的能量为324.6fMeV=2.08MeV . 答案：(1) H n 2H 311011→+ （2） 6.24MeV（3）2.08MeV 11.太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反应，这个核反应释放出的大量能量就是太阳的能源.（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 ，则太阳每秒减少的质量为多少千克？（m p =1.007 3u,m α=4.0015u,m e =0.000 55u ）思路解析：根据爱因斯坦的质能方程求解.（1）核反应方程是e He H 01241124+→.（2）这一核反应的质量亏损是Δm=4m p -m α-2m E =0.026 6u,ΔE=Δmc 2=0.026 6×931.5 M eV=24.78 MeV.（3）由ΔE=Δmc 2得每秒太阳质量减少28262)103(108.3⨯⨯=∆=∆c E m kg=4.2×109 kg. 答案：（1）e He H 01241124+→（2）24.78 MeV (3)4.2×109 kg2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．如图，固定的粗糙斜面体上，一质量为m的物块与一轻弹簧的一端连接，弹簧与斜面平行，物块静止，弹簧处于原长状态，自由端位于O点。
高中物理第十九章原子核78核聚变粒子和宇宙练习含解析新人教版选修3_5
7、8 核聚变粒子和宇宙基础巩固1.(多选)关于聚变,以下说法正确的是()A.两个氘核可以聚变成一个中等质量的原子核,同时释放出能量B.同样质量的物质发生核聚变反应时放出的能量比同样质量的物质发生核裂变反应时释放的能量大得多C.聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D.发生聚变反应的原子核必须有足够大的动能2.(多选)下列关于聚变的说法正确的是()A.要使聚变产生,必须克服库仑斥力做功B.轻核聚变需要几百万开尔文的高温,因此聚变又叫做热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温,所以氢弹可以利用原子弹引发热核反应D.太阳和许多恒星内部都在激烈地进行着热核反应,在地球内部也可以自发地进行,要使轻核之间距离达到10-15 m,所以必须克服库仑斥力做功,A正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们接近到核力发生作用的范围,实验证实,原子核的温度必须达到几百万开尔文时才有这样的能量,这样高的温度可以利用原子弹爆炸获得,故B、C正确;在太阳和许多恒星内部都存在着热核反应,但在地球内部不会自发地进行,D错误。
3.关于轻核聚变释放核能,下列说法正确的是()A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B.聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C.聚变反应中粒子的比结合能变小D.聚变反应中由于形成质量较大的核,故反应后质量增大,故A错误;由于聚变反应中释放出巨大能量,则比结合能一定增加,质量发生亏损,故C、D错误。
4.原子核聚变可给人类未来提供丰富的洁净能源。
当氘等离子体被加热到适当高温时,氘核参与的几种聚变反应可能发生,放出能量。
这几种反应的总效果可以表示为612H→k24He+k11H+201n+43.15 MeV,由平衡条件可知()A.k=1,d=4B.k=2,d=2C.k=1,d=6D.k=2,d=3,分别有4k+d=10,2k+d=6,解得k=2,d=2。
正确选项为B。
5.利用氦3(23He)和氘进行的聚变反应安全无污染,容易控制。
高中物理第十九章原子核19.8宇宙与粒子同步训练(含解析)新人教版选修3_5
19.8 宇宙与粒子一、选择题1、关于宇宙，下列说法中正确的是（）A、地球是宇宙中唯一有卫星的星球B、恒星的寿命取决于亮度C、太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应D、银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上2、除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是（）A、碳B、钠C、铁D、氢3、一颗恒星的寿命取决于（）A、体积B、质量C、温度D、离地球的距离4、有关宇宙的理解，下列说法中正确的是（）A、质量越大的恒星寿命越长B、太阳发出的光和热来自于碳、氧等物质的燃烧C、在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度高D、由于光速有限，因此观察遥远的天体就相当于观察宇宙的过去5、关于宇宙，下列说法中正确的是（）A、银河系是一种旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上B、恒星的寿命取决于亮度C、太阳能够发光、放热，主要是因为太阳内部不断发生化学反应D、地球是宇宙中唯一有卫星的星球6、下列关于宇宙的说法中不正确的是（）A、目前地球上的潮汐现象主要是太阳引起的B、人类无法在走出银河系观察银河系形状，是通过间接观察的办法确定银河系形状的C、恒星的表面颜色和温度有关D、恒星的寿命和其质量有关7、恒星的周年视差证明了（）A、地球绕其轴心运动B、地球绕着太阳运动C、月球绕地球运动D、太阳质量远远大于地球质量8、大爆炸理论认为，宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸．除开始瞬间外，在演化至今的大部分时间内，宇宙都是膨胀的．若标志宇宙大小的宇宙半径R和宇宙年龄t的关系如图所示，图中AB为直线，BC为向上弯曲的曲线，则以下说法正确的是（）A、AB和BC均说明宇宙在匀速膨胀B、AB和BC均说明宇宙在加速膨胀C、AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在加速膨胀D、AB说明宇宙在匀速膨胀，BC说明宇宙在减速膨胀9、恒星的前身是（）A、宇宙的微粒B、星团C、行星D、星际云或星际云中的某块星云10、下列说法不正确的是（）A、现代各种复杂精密的机械，都是从古代简单的机械逐步发展而来的B、机器人是一种高度自动化的机器，它能代替人做一些单调重复而又要求非常精确的操作C、“智能机器人”是现代机器人的一个发展方向D、机器人将最终代替人类11、恒星的亮度主要取决于（）A、温度、体积和质量B、温度、速度和质量C、温度、体积和到地球的距离D、体积、速度和到地球的距离12、关于恒星下列说法中正确的是（）A、太阳是离地球最近的恒星B、太阳是宇宙中最大的恒星C、恒星最终一定会变成黑洞D、恒星的寿命与它的质量有关，质量越大，恒星的寿命就越长13、2011年诺贝尔物理奖授予佩尔马特等三位科学家，他们的获奖工作是“通过观测遥远的超新星，发现宇宙正在加速膨胀”．物理学家为了解释这一现象，提出了“暗能量”的概念．正是在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀．宇宙中暗能量约占73%、约有23%是暗物质，我们能看到的、接触到的普通物质约占4%．暗能量和暗物质实质至今尚未清楚，但科学家找到了暗物质存在的间接证据，大型星系团中的星系具有极高的运动速度，星系团要束缚住这些星系，它的质量应该是我们观测到质量的100倍以上，大量的观测分析证实了这一点．关于上述事实及理论假说，下列结论你认为可能不正确的是（）A、暗能量力的作用表现为斥力B、暗物质力的作用表现为引力C、从太阳系行星运动与星系团中的星系运动比较可知，宇宙中暗物质分布是均匀的D、从太阳系行星运动与宇宙正在加速膨胀比较可知，宇宙中暗能量分布是不均匀的14、下列关于宇宙的说法中正确的是（）A、太阳处在银河系的中心位置B、太阳系的八大行星几乎在同一平面内转动C、太阳是一颗能发光、发热的液态星球D、离太阳越远的行星绕太阳公转周期越小，公转速度越大15、下列关于恒星演化的叙述中不正确的是（）A、星云中的气体和尘埃一旦紧缩成一个原恒星时，一颗新的恒星就诞生了B、恒星的燃料消耗殆尽时，它就会膨胀变成巨星或超巨星C、几个超巨星紧缩在一起时，形成了黑洞D、超巨星可能爆炸成为超新星二、填空题16、通过观察宇宙中的其他星系，按外形大致分为：________星系、________星系和不规则星系．17、黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的________有关，并且辐射的能量是一份一份的，每一份的能量值叫做________．18、二十世纪二十年代，天文学家哈勃从星系光谱的观测中发现宇宙中所有的星系都在彼此远离退行，距离越远，退行速度越大，两者成正比，这个规律称为哈勃定律．一个遥远的超新星以速度v远离地球观察者，则地球观察者测量的星系光谱波长________（选填“大于”、“等于”或“小于”）超新星发出光谱波长；地球观察者测量超新星发出光的传播速度为________（光在真空中传播速度为c）．19、恒星的寿命是由它的________决定的，寿命短说明其质量________．20、星系是宇宙中的一大群________、气体、尘埃等组成的系统，宇宙中的星系大约有1000亿个以上，银河系以外的星系称为________．三、计算题21、图示为恒星的寿命与其质量的关系图．由图可知，恒星的质量越大，其寿命怎么变化？若一恒星的质量为太阳质量的1.8倍，则它的寿命约为多少年？22、如图是恒星演化过程的示意图，请填写相应星球的名称．23、来自太阳和宇宙深处的高能粒子流，与高层大气作用产生一种叫做μ子的次级宇宙线．μ子低速运动时的寿命只有3.0μs，按常理，f子不可能穿过高度大于100km的大气层到达地面，但实际上在地面上可以观测到许多μ子．则根据相对论可以确定：在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命与3.0μs 关系？如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度与100km关系？如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速c关系24、在有“科学奥斯卡”之称的美国《科学》杂志2003年度世界科技大突破评选中，物理学中的“证明宇宙是由暗物质和暗能量‘主宰’”的观点名列榜首，成为当今科技突破中的头号热点．世界科技的发展显示，暗物质、暗能量正成为天体物理学研究的重点．宇宙的暗物质是不能直接观测到的东西，存在的依据来自于螺旋转的星系和星团，这些星系和星团以自身为中心高速旋转而没有分散开去，仅靠自身质量产生的引力远不足以把它们集合在一起的，一定存在暗物质，它的吸引力足以把这些旋转的星系牢牢抓住，根据对某一双星系统的光学测量确定该双星系统中每一个星体的质量都是M，两者相距L（L远大于星体的直径），它们正围绕两者连线的中点做圆周运动．(1)若没有其他物质存在，试推断该双星系统的运动周期T ．(2)若试验上观测到的运动周期为T′，且T′：T=1：（N＞1），为了解释观测周期T′和（1）中理论上推算的双星运动的周期T不同，目前有一种理论认为，在宇宙中可能存在一种用望远镜也观测不到的暗物质，作为一种简化模型，我们假定在以这两个星体连线为直径的球体内均匀分布着这种暗物质，而不考虑其他暗物质的影响，试根据这一模型和上述观测结果确定该星系间这种暗物质的密度．25、据我国史记《宋会要》记载，我国古代天文学家在距今九百多年前就观察到了超新星爆炸，这一爆炸后的超新星后来也被英国一名天文爱好者用望远镜观测到．它是一团云雾状的东西，外形像一个螃蟹，人们称之为“蟹状星云”．它是超大行星爆炸后向四周抛射的物体形成的，在1920年它对对地球上的观察者张开的角度为360秒（角度单位：1度=60分，1分=60秒）．“蟹状星云”对地球上的观察者所张开的角度每年约增0.42秒，它到地球距离约为5000光年．请你据此估算出超新星爆炸大约发生于公元前多少年？爆炸抛射物的速度大约为多少？答案解析部分一、选择题1、【答案】 D【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、宇宙中有卫星的星球很多，比如木星就有许多卫星．故A错误．B、恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短．这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧．故B错误．C、在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生核聚变，释放巨大的核能，故太阳能发光、放热，故C错误．D、银河系的中心有一个突起的核，称为核球，另外还有银盘和银晕，银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银河系属于旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上．故D正确．故选：D．【分析】宇宙中有卫星的星球很多，比如太阳系中的木星就有许多卫星．恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短．核聚变是较轻的原子核结合成较重的原子核的一种核反应．太阳内部为核聚变．银河系的中心有一个突起的核球，半径有一万多光年，里面的物质非常密集，充满了浓厚的星际介质和星云．银河系还有一个扁平的盘，称为银盘．硬盘中恒星很密集，还有各种星际介质和星云及星团．银盘的直径有10多万光年，厚度只有几千光年．我们看到的银河，就是银盘中遥远的恒星密集在一起形成的．银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银河系属于旋涡星系．2、【答案】 D【考点】原子核的组成【解析】【解答】正常恒星大气的化学组成与太阳大气差不多．按质量计算，氢最多，氦次之，其余按含量依次大致是氧、碳、氮、氖、硅、镁、铁、硫等．除了氦以外，恒星中最常见的化学元素是氢．故选：D．【分析】恒星的成分都差不多．氢元素H ，氦He ，有同位素存在．二次恒星，类日恒星会有少量的C 和N ．3、【答案】 B【考点】原子核的组成【解析】【解答】恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧烈，故ACD错误，B正确．故选：B．【分析】知道恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，反之亦然．4、【答案】 D【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、质量越大的恒星寿命越短，故A错误；B、太阳发出的光和热来自于在太内部阳进行着大规模的核聚变释放的能量，故B错误B、恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．故在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度低．故C错误D、由于光速有限，遥远的天体发出的光线到达我们时，我们看到的是过去的宇宙射线；故因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去，故D正确故选：D【分析】根据有关宇宙规律可知：质量大的恒星寿命反而越短；光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关．恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．太阳能够释放的能量很多，主要取决于内部发生的核聚变，向外界不断的释放光和热5、【答案】A【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、银河系的中心有一个突起的核，称为核球，另外还有银盘和银晕，银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银河系属于旋涡星系，太阳处在其中的一个旋臂上．故A正确．B、恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短．这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧．故B错误．C、在太阳内部，氢原子核在超高温作用下发生核聚变，释放巨大的核能，故太阳能发光、放热，故C错误．D、宇宙中有卫星的星球很多，比如木星就有许多卫星．故D错误．故选：A．【分析】宇宙中有卫星的星球很多，比如太阳系中的木星就有许多卫星．恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短．核聚变是较轻的原子核结合成较重的原子核的一种核反应．太阳内部为核聚变．银河系的中心有一个突起的核球，半径有一万多光年，里面的物质非常密集，充满了浓厚的星际介质和星云．银河系还有一个扁平的盘，称为银盘．硬盘中恒星很密集，还有各种星际介质和星云及星团．银盘的直径有10多万光年，厚度只有几千光年．我们看到的银河，就是银盘中遥远的恒星密集在一起形成的．银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银河系属于旋涡星系．6、【答案】 A【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、地球上的潮汐现象是来自于月球的引力；不是来自于太阳；故A错误；B、银河系范围过大，人类是无法走出河系观察银河系形状，是通过间接观察的办法确定银河系形状的；故B正确；C、恒星的表面颜色与温度有关，颜色越红温度越低；故C正确；D、恒星的寿命和其质量有关；质量越大的恒星，其寿命越短；故D正确；本题选择不正确的是，故选：A．【分析】解答本题应掌握：质量大的恒星寿命反而越短；光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关．恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．7、【答案】 B【考点】原子核的组成【解析】【解答】太阳看上去总是那么大，说明地球与太阳的距离是大致不变的，所以地球是在绕太阳做近似圆周运动，也就是公转；故ACD错误，B正确；故选：B．【分析】物体离人越近，人看物体是感觉物体越大，反之，感觉越小；一年四季，太阳看上去大小几乎不变，说明太阳与地球间距几乎不变．8、【答案】 C【考点】原子核的组成【解析】【解答】图象中的纵坐标宇宙半径R可以看作是星球发生的位移x，因而其切线的斜率就是宇宙半径增加的快慢程度．由题意，宇宙加速膨胀，其半径增加的速度越来越大．故选：C．【分析】解答本题应掌握：宇宙大爆炸理论的内容．宇宙大爆炸仅仅是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想．大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，我们称之为“原始火球”，“原始火球”不稳定，因而发生了巨大的爆炸．大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙．9、【答案】 D【考点】原子核的组成【解析】【解答】恒星的前身是小黑洞，是由星际核分娩出来的高密物质（星际云或某块星云），有相当一段时间内不发光，故ABC错误，D正确．故选：D．【分析】首先阅读教材，知道恒星的前身是星际云或某块星云，据此分析求解．10、【答案】 D【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、现代机械虽然精密，但都是从古代简单的机械逐步发展而来的；故A正确；B、机器人是一种高度自动化的机器，它能代替人做一些单调重复而又要求非常精确的操作；故B正确；C、会发习的机器人，即“智能机器人”是现代机器人的一个发展方向；故C正确；D、机器人受人类的控制，永远不会代替人类；故D错误；故选：D．【分析】明确人类在发展中关于机械有认识，并明确机器人的发展方向．11、【答案】 C【考点】原子核的组成【解析】【解答】恒星的亮度与恒星的体积和温度及它与地球的距离有关，温度越高，体积越大，距离越近，亮度越亮，故C正确．故选：C【分析】发光能力既和表面温度有关，也和发光面积有关．12、【答案】 A【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、太阳是离地球最近的恒星，故A正确．B、现在的天文学只探索到了宇宙很小的一部分，很多恒星未知，太阳并不是宇宙中最大的恒星故B错误．C、恒星最终会变成中子星、白矮星、黑洞等，因此，恒星最终并不一定会变成黑洞，故C错误．D、恒星质量越大，内部压力越大，核反应越快，质量亏损越快，寿命越短，故D错误．故选：A．【分析】要正确选出答案就必须了解有关恒星的知识，如恒星的形成、演化、特征、质量、分类、数量、命名等．13、【答案】C【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、由题意在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀，得暗能量力的作用表现为斥力，故A正确；B、星系团要束缚住这些星系，说明暗物质力的作用表现为引力，故B正确；C、由题知宇宙中暗能量分布是不均匀的，故C错误，D正确．故选C．【分析】暗能量它是一种不可见的、能推动宇宙运动的能量，宇宙中所有的恒星和行星的运动皆是由暗能量与万有引力来推动的．正是在暗能量的驱动下，宇宙出现了加速膨胀．大型星系团中的星系具有极高的运动速度，星系团要束缚住这些星系，暗物质力的作用表现为引力．14、【答案】 B【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、太阳系是银河系的一个组成部分，太阳系位于银河系边缘主旋臂与外旋臂间第三旋臂﹣﹣猎户座分支旋臂内侧附近上，它并不处于银河系的中心位置，故A错误；B、太阳系的八大行星几乎在同一平面内运动，故B正确；C、太阳是一颗能发光、发热的气体星球，故C错误；D、离太阳越远的行星绕太阳公转周期越大，公转速度小，故D错误；故选：B．【分析】行星绕太阳做圆周运动的向心力由万有引力提供，根据对宇宙知识的掌握与了解分析答题．15、【答案】 C【考点】原子核的组成【解析】【解答】A、宇宙间存在着大量的星级气体云﹣﹣星云，恒星就是由这些星云物质凝聚而成的，星云经过漫长的收缩演化，最终会形成一个炽热体，一颗新的恒星就这样诞生了，故A正确；B、恒星的燃料消耗殆尽时，它就会膨胀变成巨星或超巨星，故B正确；C、超新星爆炸质量最大的恒星遗留物会形成黑洞，故C错误；D、巨星或超巨星可能爆炸成为超新星，故D正确；本题选错误的，故选C．【分析】根据恒星演化过程分析答题，星云气体与尘埃可以形成恒星，恒星燃烧殆尽可以变成巨星或超巨星，巨星爆炸可以形成超新星，超新星爆炸可以形成：黑洞、中子星、原恒星．二、填空题16、【答案】旋涡；椭圆【考点】原子核的组成【解析】【解答】通过观察，宇宙中的星系的形状大致分为旋涡星系，椭圆星系，不规则星系三类．其中银河系是旋涡星系，故答案为：旋涡，椭圆【分析】宇宙中的星系的形状大致分为旋涡星系，椭圆星系，不规则星系三类；银河系的中心有一个突起的核球，半径有一万多光年，里面的物质非常密集，充满了浓厚的星际介质和星云．银河系还有一个扁平的盘，称为银盘；我们看到的银河，就是银盘中遥远的恒星密集在一起形成的．银盘一个非常引人注目的结构是有旋涡状的旋臂，因此银河系属于旋涡星系17、【答案】温度；能量子【考点】原子核的组成【解析】【解答】黑体辐射随着波长越短温度越高则辐射越强，所以黑体辐射电磁波的强度按波长的分布只与黑体的温度有关．1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子．故答案为：温度，能量子．【分析】黑体辐射的规律不能用经典电磁学理论来解释，1900年德国物理学家普朗克认为能量是由一份一份不可分割最小能量值组成，每一份称为能量子．黑体辐射随着波长越短温度越高辐射越强．18、【答案】大于；c【考点】原子核的组成【解析】【解答】根据多普勒效应，遥远的超新星以速度v远离地球观察者，则地球观察者测量的星系光谱波长大于超新星发出光谱波长；根据相对论原理，地球观察者测量超新星发出光的传播速度为c．故答案为：大于，c【分析】使用多普勒效应得出宇宙正在膨胀的结论．根据相对论原理解答．19、【答案】质量；越大【考点】原子核的组成【解析】【解答】恒星的寿命取决于恒星的质量，寿命越短说明恒星的质量越大．这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反应就更加剧．故答案为：质量，越大．【分析】恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短．20、【答案】恒星；河外星系【考点】原子核的组成【解析】【解答】星系是由宇宙中的恒星、气体和尘埃组成的系统．银河系以外的星系称为河外星系．故答案为：恒星；河外星系．【分析】在宇宙中，由两颗或两颗以上星球所形成的绕转运动组合体或集合体叫做星系．三、计算题21、【答案】解答：由图看出，恒星的寿命与太阳质量的比值越大，恒星寿命越短，而太阳的质量作为定值，则知恒星的质量越大，寿命越短．当图象中横坐标为1时，此恒星即为太阳，由图读出太阳的寿命约为10×10亿年=100亿年．恒星的质量为太阳质量的1.8倍，恒星对应纵轴的数值是30亿年=30×109年．故答案为：短，30．【考点】原子核的组成【解析】【分析】本题中图象反应了恒星的寿命与太阳质量的比值与恒星寿命的关系，太阳质量作为定值，即可分析恒星的寿命与其质量的关系，太阳也是一颗卫星，当横坐标为1时，即可读出太阳的寿命．22、【答案】解答：根据恒星的演化可知，超巨星演化为原恒星或白矮星或者是主序星；白矮星进一步演化，进入晚年期后形成黑矮星；而主序星进入晚年期时形成黑洞或中子星；故答案如图所示：【考点】原子核的组成【解析】【解答】根据恒星的演化可知，超巨星演化为原恒星或白矮星或者是主序星；白矮星进一步演化，进入晚年期后形成黑矮星；而主序星进入晚年期时形成黑洞或中子星；故答案如图所示：【分析】恒星是有寿命的，实际上我们观测到的超巨星、巨星、主序星、白矮星等恒星形态，明确恒星不同年龄阶段的形态．23、【答案】解答：μ子低速运动时的寿命只有3.0μs ，根据钟慢效应得在地球上测量向地球高速飞行的该粒子的平均寿命大于3.0μs ．根据尺缩效应得如果观察者和μ子一起以接近光速的速度飞向地面，观察者认为大气层厚度小于100km；根据光速不变原理得如果观察者和μ子一起以0.99c的速度飞向地面，观察者观察同方向向地球照射的太阳光的光速等于c ．故答案为：大于小于等于【考点】原子核的组成【解析】【分析】狭义相对论的几个重要的效应：①钟慢效应：运动的钟比静止的钟走得慢，而且，运动速度越快，钟走的越慢，接近光速时，钟就几乎停止了；②尺缩效应：在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短，当速度接近光速时，尺子缩成一个点．③质量变大：质量（或能量）并不是独立的，而是与运动状态相关的，速度越大，质量越大．24、【答案】（1）由万有引力提供向心力有：①解得T=πL（2）设暗物的密度为ρ，质量为m，则m=ρ•0.75π =πρ再由万有引力提供向心力有：②由得又m=πρ代入上式解得：。
学年高中物理 第十九章 原子核 .. 核聚变 粒子和宇宙课后提升作业新人教版选修
核聚变粒子和宇宙课后提高作业【基础达标练】1.(多项选择)聚变与裂变对照,以下说法正确的选项是()A.聚变比裂变产能效率高B.在目前情况下,使原子核聚变要比裂变简单C.原子弹的燃料是235UD.氢弹的原理是核的聚变,需由原子弹来引爆【剖析】选A、C、D。
聚变比裂变的平均结合能大,故A正确;在目前的条件下,核裂变要比核聚变简单很多,故B错;原子弹利用的核裂变燃料为235U,氢弹利用的核聚变需原子弹引爆,故C、D正确。
2.依照宇宙大爆炸的理论,在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期,那么在大爆炸此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【剖析】选A。
宇宙形成之初产生了夸克、轻子和胶子等粒子,此后又经历了质子和中子等强子时代,再此后是自由的光子、中微子、电子大量存在的轻子时代,再此后是中子和质子结合成氘核,并形成氦核的核时代,此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此后,故B、C、D 错。
3.(多项选择)目前我国已经建成秦山和大亚湾核电站并投入使用,请依照所学物理知识,判断以下说法中正确的选项是()A.核能发电对环境的污染比火力发电要小B.核能发电对环境的污染比火力发电要大C.都只利用重核裂变释放大量的原子能D.既有重核裂变,又有轻核聚变释放大量的原子能【剖析】选A、C。
目前核电站都用核裂变,其原料是铀,且核裂变在核反应堆中应用是比较干净的能源,故A、C正确,B、D错。
4.为了研究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪”(AMS)将在太空中搜寻“反物质”。
所谓“反物质”是由“反粒子”组成的。
“反粒子”与其对应的正粒子拥有相同的质量和相同的电荷量,但电荷的符号相反。
由此可知反氢原子是()A.由1个带正电荷的质子和1个带负电荷的电子组成B.由1个带负电荷的反质子和1个带正电荷的正电子组成C.由1个带负电荷的反质子和1个带负电荷的电子组成D.由1个不带电的中子和1个带正电荷的正电子组成【剖析】选B。
学年高中学习物理 第十九章节 原子核 .. 核聚变 粒子及宇宙课后巩固训练 新人教版选修
[根底达标练]1．发生轻核聚变的方法是( )A．用中子轰击B．保持室温环境，增大压强C．用γ光子照射D．把参与反响的物质加热到几百万摄氏度以上的高温答案D解析用中子轰击是核裂变反响发生的条件，故A项错误。
根据轻核聚变发生的条件可知，发生轻核聚变的方法是把参与反响的物质加热到几百万摄氏度以上的高温，故B、C两项错误，D项正确。
2．我国自行研制了可控热核反响实验装置“超导托卡马克〞。
设可控热核实验反响前氘核(H)的质量为m1，氚核(H)的质量为m2，反响后氦核(He)的质量为m3，中子(n)的质量为m4。
光速为c。
以下说法中不正确的选项是( )A．这种装置中发生的核反响方程式是H＋H→He＋nB．由核反响过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．核反响放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反响原理不相同答案B解析可控热核反响实验装置属于轻核聚变，所以D正确。
核反响方程为H＋H→He＋n，A正确。
在这个过程中满足爱因斯坦质能方程，即核反响放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2，所以C正确。
核反响过程中，有质量亏损，释放能量质量不守恒，B错误，所以不正确的选项为B。
3．科学家发现在月球上含有丰富的He(氦3)，它是一种高效、清洁、平安的核聚变燃料，其参与的一种核聚变反响的方程式为He＋He→2H＋He。
以下关于He聚变的表述正确的选项是( )A．聚变反响不会释放能量B．聚变反响产生了新的原子核C．聚变反响没有质量亏损D．目前核电站都采用He聚变反响发电答案B解析聚变反响是轻核变为较大质量核的反响，发生质量亏损，释放能量；目前核电站采用重核裂变反响，D错误；选项B正确，A、C错误。
4．(多项选择)热核反响是一种理想能源的原因是( )A．平均每个核子，比重核裂变时释放的能量多B．对环境的放射性污染较裂变轻，且较容易处理C．热核反响的原料在地球上储量丰富D．热核反响的速度容易控制答案ABC解析热核反响速度不易控制，D错。
高中物理 第十九章 原子核 第7、8节 核聚变 粒子和宇宙课时分层训练(含解析)新人教版选修3-5-
第7节核聚变第8节粒子和宇宙「根底达标练」1．一颗恒星的寿命取决于它的( )A．温度B．体积C．质量D．颜色解析：选C 恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，这是因为质量越大压力就越大，这种情况下恒星内部的核反响就更加剧烈，故C正确，A、B、D错误．2．恒星的颜色取决于恒星的( )A．体积B．温度C．质量D．体积和温度以与它与地球的距离解析：选B 恒星的外表颜色取决于它的外表温度，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，B正确，A、C、D错误．3．有关宇宙的理解，如下说法中正确的答案是( )A．质量越大的恒星寿命越长B．太阳发出的光和热来自于碳、氧等物质的燃烧C．在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度高D．由于光速有限，因此观察遥远的天体就相当于观察宇宙的过去解析：选D 质量越大的恒星寿命越短，故A错误；太阳发出的光和热来自于在太阳内部进展着的大规模核聚变释放的能量，故B错误；恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝．故在天空中呈现暗红色的恒星的温度比呈现白色的恒星的温度低，故C错误；由于光速有限，遥远的天体发出的光线到达我们时，我们看到的是过去的宇宙射线；故因此观察遥远的天体就等于在观察宇宙的过去，故D正确．4．关于天体与其演化，如下说法中正确的答案是( )A．红色的恒星温度最高B．恒星的寿命随其质量的增大而增大C．红巨星最终一定会变成中子星D．超新星爆发后会形成中子星解析：选D 恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，故A错误；恒星的寿命和它的质量有关，质量越大的恒星寿命越短，故B错误；小质量恒星的演化过程是：原始星云→恒星→红巨星→白矮星，故C错误；超新星爆发后会形成中子星，故D正确．5．科学家发现在月球上含有丰富的32He(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响的方程式为32He＋32He→211H＋42He，关于32He聚变如下表述正确的答案是( )A．聚变反响不会释放能量B．聚变反响产生了新的原子核C．聚变反响没有质量亏损D．目前核电站都采用32He聚变反响发电解析：选B 核聚变反响中产生新的原子核，同时由于发生了质量亏损，会有核能的释放，B正确，A、C错误；目前核裂变是人类利用核能的途径之一．目前核电站大多采用重核裂变的方法来释放与利用核能发电，D错误．6．(多项选择)如下说法正确的答案是( )A．汤姆孙发现了电子，并提出了原子的枣糕模型B．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反响C．一束光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的强度小D．将放射性元素掺杂到其他稳定元素中，并降低其温度，该元素的半衰期将增大解析：选AB 汤姆孙发现了电子，并提出了原子的枣糕模型，故A正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部氢核的聚变，聚变又叫热核反响，故B正确；光照射到某种金属上不能发生光电效应，是因为该束光的频率小于极限频率，故C错误；放射性元素的半衰期是由核内部自身因素决定的，跟原子所处的化学状态和外部条件没有关系，故D错误．7．我国自行研制了可控热核反响实验装置“超导托卡马克〞(英文名称：EAST，称“人造太阳〞)．设可控热核实验反响前氘核(21H)的质量为m1，氚核(31H)的质量为m2，反响后氦核(42He)的质量为m3，中子(10n)的质量为m4，光速为c.如下说法中正确的答案是( ) A．核反响放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2B．由核反响过程质量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4C．这种热核实验反响是α衰变D．这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的核反响原理一样解析：选 A 可控热核反响装置中发生的核反响方程式是21H＋31H→42He＋10n，核反响过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反响过程中存在质量亏损，因此m1＋m2>m3＋m4，核反响过程中的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，故A正确，B 错误；这种热核实验反响是核聚变，故C 错误；这种装置的核反响是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反响原理不一样，故D 错误．8．两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)，并释放3.26 MeV 的核能，请完成如下问题：(1)写出聚变方程式并计算质量亏损；(1 u ＝931.5 MeV)(2)假设反响前氘核的动能均为E k0＝0.35 MeV ，它们正面对撞发生核聚变，且反响后释放的核能全部转变为动能，如此反响产生的中子的动能为多大？解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反响方程，221H→32He ＋10n ，根据爱因斯坦质能方程可知，ΔE ＝Δmc 2，即Δm ＝ΔE c 2＝3.26931.5u ＝0.003 5 u. (2)碰撞过程中，动量守恒，反响前氘核的动能相等，故动量等大反向，0＝m He v He －m n v n ，反响过程中能量守恒，ΔE ＋2E k0＝12m He v 2He ＋12m n v 2n ，因为m He m n ＝31，所以v He v n ＝13，解得12m He v 2He ＝0.99 MeV ，12m n v 2n ＝2.97 MeV. 答案：(1)221H→32He ＋10n 0.003 5 u (2)2.97 MeV「能力提升练」9．氘核和氚核可发生热核聚变而释放出巨大的能量，该反响方程为21H ＋31H→42He ＋x ，式中x 是某种粒子．： 21H 、31H 、42He 和粒子x 的质量分别为2.014 1 u 、3.016 1 u 、4.002 6 u 和1.008 7 u ；1 u ＝931.5 MeV/c 2，c 是真空中的光速．由上述反响方程和数据可知( )A ．粒子x 是质子B ．该反响释放出的能量约为17.6 MeVC ．轻核的聚变反响可以在任何温度下进展D ．自然界不存在热核聚变解析：选B 由核电荷数守恒可知，x 粒子的核电荷数为1＋1－2＝0，由质量数守恒可知，x 粒子的质量数为2＋3－4＝1，如此x 粒子是10n ，即为中子，故A 错误；核反响过程中释放的能量为E ＝Δmc 2＝17.6 MeV ，故B 正确；只有将原子核加热到很高的温度，达到几百万摄氏度以上的高温时，聚变才会发生，故C 错误；在太阳内部进展着热核反响，故D 错误．10．(多项选择)据新华社报道，由我国自行设计和研制的世界第一套全超导核聚变装置(又称“人造太阳〞)已完成了首次工程调试．如下关于“人造太阳〞的说法正确的答案是( )A ．“人造太阳〞的核反响方程是21H ＋31H→42He ＋10nB ．“人造太阳〞的核反响方程是238 92U ＋10n→141 56Ba ＋9236Kr ＋310nC ．“人造太阳〞的核能的计算式是E ＝12mc 2 D ．“人造太阳〞释放能量的计算式是ΔE ＝Δmc 2解析：选AD “人造太阳〞是根据核聚变反响制造的，其核反响方程是21H ＋31H→42He ＋10n ，故A 正确；B 中的核反响是重核的裂变，故B 错误；根据爱因斯坦质能方程可知，“人造太阳〞释放的能量的计算式是ΔE ＝Δmc 2，故D 正确，C 错误．11．太阳中所发生的“氢聚变〞实际上是借助碳、氮、氧的原子核的“催化作用〞进展的，其具体反响过程为如下列图的六步循环，这个循环被称之为“碳循环〞，太阳能主要就是由这个“碳循环〞产生的．请根据图示，判断如下说法中正确的答案是( )A ．X 粒子是电子B ．Y 粒子是中子C ．①处所发生的核反响方程为14 7N ＋11H→15 8OD ．一个“碳循环〞的总核反响方程为411H→42He ＋2 0－1e解析：选C 由质量数守恒、电荷数守恒，可知两个包含了X 的核反响方程为15 8O→15 7N ＋01e 、13 7N→13 6C ＋01e ，包含了Y 的核反响方程为15 7N ＋11H→12 6C ＋42He ，故可知X 为正电子(01e)，Y 为氦原子核(42He)，故A 、B 错误；①处所发生的核反响方程为14 7N ＋11H→15 8O ，故C 正确；经过一个“碳循环〞，碳、氮、氧的原子核都复原，有4个质子11H 被吸纳，释放出了1个氦原子核(42He)和2个正电子(01e)，故全过程的总核反响方程为411H→42He ＋201e ，故D 错误．12．(多项选择)由中国提供永磁体的阿尔法磁谱仪如下列图，它于2011年5月16日由奋进2号航天飞机携带升空，安装在国际空间站中，主要使命之一是探索宇宙中的反物质．所谓的反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相等但电性相反．例如反质子即为 1－1H ，假假设使一束质子、反质子、α粒子和反α粒子组成的射线，通过速度选择器沿OO ′，进入匀强磁场形成4条径迹，如此( )A ．1、2是反粒子径迹B ．3、4为反粒子径迹C ．2为反α粒子径迹D ．4为反α粒子径迹解析：选AC 由题图可知，粒子先通过速度选择器沿OO ′做匀速直线运动(重力忽略不计)．四种粒子速度均大小相等，方向一样，它们进入同一匀强磁场后受到洛伦兹力作用而做匀速圆周运动．又因电性不同而受力方向相反，根据左手定如此可判断反粒子刚进入磁场时受洛伦兹力方向向左，如此1、2是反粒子的径迹，轨迹半径r ＝mv Bq，因反α粒子的比荷q m比反质子的比荷小，如此反α粒子的轨迹半径比反质子的大，故2为反α粒子的径迹． 13．宇宙射线每时每刻都在地球上引起核反响．自然界的14C 大局部是宇宙射线中的中子轰击“氮14〞产生的，核反响方程式为14 7N ＋10n→14 6C ＋11H ，假设中子的速度为v 1＝8×106 m/s ，反响前“氮14〞的速度认为等于零，反响后生成的14C 粒子的速度为v 2＝2.0×105 m/s ，其方向与反响前中子的运动方向一样．(1)求反响中生成的另一粒子的速度；(2)假设此反响中放出的能量为0.9 MeV ，求质量亏损．解析：(1)轰击前后系统动量守恒，选中子速度方向为正方向，由动量守恒定律得：m 1v 1＝m 2v 2＋m 3v 3，解得氢核速度：v 3＝5.2×106 m/s ，方向：与中子原速度方向一样．(2)由爱因斯坦质能方程得：ΔE ＝Δmc 2，解得Δm ＝1.6×10－30 kg.答案：(1)5.2×106 m/s ，与中子原速度方向一样(2)1.6×10－30 kg14．太阳内部持续不断地发生着四个质子聚变为一个氦核的热核反响，这个核反响释放出的大量能量就是太阳的能量来源．(m p ＝1.007 3 u ，m He ＝4.002 6 u ，m e ＝0.000 55 u)(1)写出这个核反响方程；(2)这一核反响能释放多少能量？(3)太阳每秒释放的能量为3.8×1026J ，如此太阳每秒减少的质量为多少？ 解析：(1)核反响方程是411H→42He ＋201e.(2)反响前的总质量为 m 1＝4m p ＝4×1.007 3 u＝4.029 2u.反响后的总质量为m 2＝m He ＋2m e ＝4.002 6 u ＋2×0.000 55 u＝4.003 7 u质量亏损为Δm ＝m 1－m 2＝0.025 5 u根据爱因斯坦质能方程得释放的能量为ΔE ＝0.025 5×931.5 MeV≈23.75 MeV.(3)根据爱因斯坦质能方程得太阳每秒减少的质量为Δm ′＝ΔE ′c 2＝3.8×1026(3×108)2 kg≈4.2×109 kg. 答案：(1)411H→42He ＋201e (2)23.75 MeV (3)4.2×109 kg。
高中物理第十九章8粒子和宇宙练习含解析新人教版选修3_
8 粒子和宇宙基础巩固1.(多选)关于人们发现的新粒子,下列说法正确的是()A.许多粒子都有自己的反粒子B.把粒子分为强子、轻子、媒介子,根据是粒子与各种相互作用的关系C.质子属于强子D.光子属于轻子解析:光子属于媒介子,τ子属于轻子。
答案:ABC2.(多选)下列所述正确的是()A.原子是组成物质的不可再分的最小微粒B.原子是最大的微粒C.原子由原子核和核外电子构成,质子和中子组成了原子核D.质子、中子本身也是复合粒子,它们也有着自己复杂的结构解析:质子、中子本身也是复合粒子。
由此可知,质子、中子不是构成物质的最小微粒。
故只有选项C、D正确。
答案:CD3.下列说法正确的是()A.太阳是宇宙的中心B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星C.太阳系是由太阳和若干行星以及它们的卫星还有彗星组成的D.以上说法都正确解析:太阳系中以太阳为中心,有八大行星绕太阳运行,有的行星还有卫星,此外还有2000多颗比较小的小行星和彗星等,所以叙述较完整的是C项。
通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星,太阳系的组成中还有小行星和彗星。
答案:C4.正电子是电子的反粒子,它跟普通电子的电荷量相等,而电性相反,科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。
1997年年初和年底,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。
你推测反氢原子的结构是()A.由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B.由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C.由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D.由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析:反氢原子的结构应该是由反质子与反电子组成,即由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成。
答案:B5.关于粒子,下列说法正确的是()A.电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B.强子都是带电的粒子C.夸克模型是探究三大类粒子结构的理论D.夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析:由于质子、中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子,不同夸克构成强子,有的强子带电,有的强子不带电,故A、B错误;夸克模型是研究强子结构的理论,不同夸克带电不同,分别为+2 3e和−e3,说明电子电荷不再是电荷的最小单位,C错误,D正确。
高中物理第十九章原子核核聚变课后集训新人教选修
7 核聚变课后集训 基础达标1.核反应方程如下：①n C He Be 101264294+→+ ②He H H 421131→++能量 ③n x Xe Sr n U 1013854138381023592++→+④He O y F 42168199+→+ 对于以上反应方程，下面说法中正确的是…( )A.①是原子核的人工转变核反应方程B.②是链式反应方程C.③是核裂变方程，其中x=10D.④是α衰变方程，其中y 是质子解析：用α粒子轰击铍核是查德威克发现中子的实验，属于人工转变，根据核反应前后电荷数守恒和质量数守恒知C 是错的.②式是聚变反应方程；④式是原子核的人工转变，不是α衰变方程. 答案：A2.下列说法不正确的是( )Ａ.n He H H 10423121+→+是聚变 B.n Sr Xe n U 1094381405410235922++→+是裂变Ｃ.He Rn Ra 422228622688+→是α衰变 D.e Mg Na 0124122411-+→是裂变解析：由轻原子核聚合成较重原子核的反应称聚变反应，使重核分裂成中等质量的原子核的核反应，称为裂变，放出α粒子的衰变叫做α衰变，选项A 、B 、C 正确.放出β粒子的衰变叫做β衰变，不正确的选项是D. 答案：D3.一个氘核(H 21)与一个氚核(H 31)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏损.聚变过程中( )A.吸收能量，生成的新核是He 42B.放出能量，生成的新核是He 42 C.吸收能量，生成的新核是He 32 D.放出能量，生成的新核是He 32解析：聚变出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生成的新核是He 42，选项B 正确. 答案：B4.1999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研制“两弹一星”作出突出贡献的科学家.下列核反应方程中属研究两弹的基本核反应方程式的是( )A.H O He N 1117842147+→+B.e Pa Th 012349123490-+→C.He Th U 422349023892+→ D.n He H H 10423121+→+解析：氢弹是核聚变反应，选项D 正确. 答案：D5.下列关于核能的说法正确的是( )A.物质是由原子组成的，原子中有原子核，所以利用任何物质都能得到核能B.到目前为止，人类获得核能有两种途径，即原子核的裂变和聚变C.原子弹和氢弹都是利用原子核裂变的原理制成的D.自然界的原子核只有在人为的条件下才会发生聚变解析：核能是人们在近几十年里才发现和开始利用的新能源.虽然各种物质的原子里都有原子核，但在通常情况下并不能释放能量.只有当原子核发生裂变和聚变时才能放出巨大的能量.原子弹是利用裂变的链式反应中能在极短的时间内释放出巨大能量的原理制成的，而氢弹则是利用轻核的聚变制成的.自然界除了人为的聚变反应外，太阳和许多恒星内部都进行着大规模的聚变反应，并以光和热的形式将核能辐射出来.故应选B. 答案：B6.氘和氚发生聚变的核反应方程是：n He H H 10423121+→++17.6 MeV.若有2 g 氘和3 g 氚全部发生聚变，N A 为阿伏加德罗常数，则释放出的能量( )A.N A ×17.6 MeVB.5N A ×17.6 MeVC.2N A ×17.6 MeVD.3N A ×17.6 MeV解析：2 g 氘和3 g 氚均为1 mol.原子核个数为N A 个，每个氘核与氚核聚变释放17.6 MeV 能量，则1 mol 释放的能量为N A ×17.6 MeV，故选项A 正确. 答案：A7.质子、中子和氘核的质量分别为m 1、m 2和m 3，一个质子和一个中子结合成氘核时，若放出的能量全部转变为一个γ光子的能量，已知普朗克常量为h ，真空中的光速为c.则放出的γ光子的频率为( )A.h c m m m 2321)(++B.hc m m m 2321)(-+C.hc m 23 D.(m 1+m 2-m 3)c 2h解析：核反应中的质量亏损为：Δm=m 1+m 2-m 3，释放的能量为：ΔE=Δmc 2=(m 1+m 2-m 3)c 2，光子的能量与频率的关系为：E=hν，所以光子的频率ν=hc m m m 2321)(-+.答案：B8.1994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katushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词.根据以上信息，下列说法正确的是( )①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 ②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 ③这种装置可以控制热核反应速度，使聚变能缓慢而稳定地释放 ④这种装置产生的核聚变对环境的污染比核裂变要轻得多A.①③④B.②③④C.①②④D.①②③ 解析：太阳发光的原理是轻核的聚变. 答案：A 综合运用9.一个质子和一个中子结合成一个氘核，并释放E 的能量. (1)写出该核反应方程；(2)若质子质量为m 1 kg ，中子质量为m 2 kg ，求氘核的质量为多少. 解析：(1)核反应方程为H n H 211011→+.(2)由于这个核反应是单个核子结合成原子核，会释放出能量，这一反应的质量亏损为：Δm=m 1+m 2-m ，而E=Δmc 2，故氘核的质量m=m 1+m 2-Δm=m 1+m 2-2c E . 答案：(1)H n H 211011→+ (2)m 1+m 2-2cE10.在某次核聚变实验中，氘核被加热至高温，引起动能各为0.3 MeV 的两个氘核正碰放出一个快中子和一个新核，释放出3.27 MeV 的能量，氘核的质量为2.013 553 u ，中子的质量为1.008 665 u ，新核的质量为3.015 u ，已知1 u 的质量相当于931.5 MeV 的能量.计算快中子的动能. 解析：设聚变后新核速度为v ，中子速度为v n ，质量为m ，则由能量守恒定律得： 2×0.3+Δmc 2=3.27+21mv n 2+21×3mv 2由动量守恒定律得：0=3mv+mv nm=2×2.013 53 u -3.015 u-1.008 665 u 由以上各式可求得快中子动能： E k =21mv n 2=0.405 MeV. 答案：0.405 MeV11.太阳现正处于主序星演化阶段.它主要是由电子和H 11、He 42等原子核组成.维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是He H e 421142→++释放的核能，这些核能最后转化为辐射能.根据目前关于恒星演化的理论，若由于聚变反应而使太阳中的H 11核数目从现有数减少10％，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段.为了简化，假定目前太阳全部由电子和H 11核组成.已知质子质量m p =1.672 6×10-27kg ，He 42质量m α=6.645 8×10-27kg ，电子质量 m e =0.9×10-30kg ，光速c=3×108m/s.求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.解析：核反应每发生一次的质量亏损：Δm=4m p +2m e -m α，释放的核能为：ΔE=(4m p +2m e -m α)c 2代入数值，得：ΔE=4.2×10-12J.答案：4.2×10-12J 拓展探究12.有一种聚变反应是：四个氢核聚变成一个氦核，同时放出两个正电子.求： (1)该聚变反应释放多少能量？(2)若1 g 氢完全聚变，能释放多少能量？(3)1 g 氢完全聚变，释放的能量相当于多少煤完全燃烧放出的热能？(已知煤的燃烧值q=3.36×107J/kg ，氢核质量为1.008 142 u ，氦核质量为4.001 509 u)解析：(1)核反应方程为：e He H 01421124+→，所以Δm=4×1.008 142 u -4.001 509 u=0.030 959 u ΔE=Δmc 2=0.030 959 uc 2=0.030 959×931.5 MeV=0.030 959×931.5×106×1.6×10-19J=4.625×10-12J. (2)1 g 氢聚变释放的能量为：E=411⨯×6×1023×4.625×10-12 J=6.96×1011J. (3)相当于煤完全燃烧的质量m 为：m=7111036.31096.6⨯⨯ kg=2.08×104kg. 答案：(1)4.625×10-12J (2)6.96×1011J (3)2.08×104kg高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
2020_2021学年高中物理第十九章原子核78核聚变粒子和宇宙课后作业含解析新人教版选修3_520
核聚变 粒子和宇宙时间：45分钟一、选择题(1～6题为单选，7～10题为多选)1．关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( B )A ．一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能量多B ．聚变反应每个核子释放的平均能量一定比裂变反应大C ．聚变反应中粒子的比结合能变小D ．聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后质量增大解析：在一次聚变反应中释放的能量不一定比裂变反应多，故A 错误；由于聚变反应中释放出巨大的能量，则比结合能一定增加，质量发生亏损，故C 、D 错误．2．目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成的．u 夸克带电荷量为23e ，d 夸克的带电荷量为－13e ，e 为元电荷，下列说法中可能正确的是( B ) A ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成B ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成C ．质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成D ．质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 解析：质子11H带电荷量为2×23e ＋(－13e )＝e ，中子10n 带电荷量为23e ＋2×(－13e )＝0.可见B 正确．3．当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时，放出28.30 MeV 的能量，当三个α粒子结合成一个碳(C)核时，放出7.26 MeV 的能量，则当6个中子和6个质子结合成一个碳(C)核时，释放的能量约为( D )A ．21.04 MeVB ．35.56 MeVC ．77.64 MeVD ．92.16 MeV解析：6个中子和6个质子可结合成3个α粒子，放出能量3×28.30 MeV＝84.90 MeV，3个α粒子再结合成一个碳核，放出7.26 MeV能量，故6个中子和6个质子结合成一个碳核时，释放能量为84.90 MeV＋7.26 MeV＝92.16 MeV.4．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电荷量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质.1997年年初和年底，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，你推测反氢原子的结构是( B )A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：根据反物质的定义可判断B正确．5．“轨道电子俘获”也是放射性同位素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，其内部一个质子变为中子，从而变成一个新核(称为子核)，并且放出一个中微子的过程，中微子的质量极小，不带电，很难被探测到，人们最早是通过子核的反冲而间接证明中微子的存在的．关于一个静止的母核发生“轨道电子俘获”，衰变为子核并放出中微子，下面的说法中正确的是( C )A．子核的动量与中微子的动量相同B．母核的电荷数小于子核的电荷数C．母核的质量数等于子核的质量数D．子核的动能大于中微子的动能解析：原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为0，则子核的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故A错误；原子核(称为母核)俘获一个核外电子(使其内部的一个质子变为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程，电荷数少1，质量数不变，故B错误，C正确．子核的动量大小和中微子的动量大小相等，由于中微子的质量很小，根据E k＝p22m知，中微子的动能大于子核的动能，故D错误．6．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子，同时放出一个γ光子．已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c.下列说法正确的是( D )A．这个核反应是裂变反应B．这个反应的核反应方程是21H＋31H→42He＋210n＋γC．辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2D．辐射出的γ光子在真空中的波长λ＝hm1＋m2－m3－m4c解析：一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，这是核聚变反应，A、B选项错误．核反应的质量亏损Δm＝m1＋m2－m3－m4，辐射出的γ光子的能量E＝(m1＋m2－m3－m4)c2，C选项错误．γ光子在真空中的频率ν＝Eh，波长λ＝cν＝chE＝chm1＋m2－m3－m4c2＝hm1＋m2－m3－m4c，D选项正确．7．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(32He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料，科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将为地球带来取之不尽的能源．关于“氦3(32He)”与氘核聚变，下列说法中正确的是( AD ) A．核反应方程为32He＋21H→42He＋11HB．核反应生成物的质量将大于参加反应的物质的质量C．氦3(32He)一个核子的结合能大于氦4(42He)一个核子的结合能D．氦3(32He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量解析：氦3(32He)与氘核聚变的核反应符合质量数与电荷数守恒，且聚变是放能反应，有质量亏损，新核的结合能大，故选A、D.8．关于核聚变，以下说法正确的是( ACD )A．与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、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，必须使它们的距离达到10－15 m以内，核力才能起作用D．地球聚变燃料的储量十分丰富，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)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料储量多；(3)核废料易处理，但核聚变不易控制其发电，还没有投入实际运行，所以B项是不正确的．9．下列说法正确的是( BC )A．聚变是裂变的逆反应B．核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以上的高温，反应时放出能量C．轻核聚变比裂变更为安全、清洁D．强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发现的强子解析：聚变和裂变的反应物和生成物完全不同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错；实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还是释放能量，故B正确；实现聚变需要高温，一旦出现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外，聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处理，故C对；质子是最早发现的强子，故D错．10．下列说法正确的是( ADE )A．氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子B．若使放射性物质的温度升高，其半衰期可能变小C．Th核发生一次α衰变时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了4D．α粒子散射实验能揭示原子具有核式结构E．太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应解析：根据hν＝E1－E2可知，氢原子从第一激发态向基态跃迁只能辐射特定频率的光子，A正确；放射性物质的半衰期与元素所处的物理、化学状态无关，温度升高，其半衰期不变，B错误；Th核发生一次α衰变时，即放出一个α粒子时，新核与原来的原子核相比，中子数减少了2，C错误；卢瑟福通过α粒子散射实验提出了原子的核式结构模型，D正确；太阳辐射的能量主要来自太阳内部的热核反应，即轻核聚变，E正确．二、非选择题11．已知氘核质量为2.013 6 u，中子质量为1.008 7 u，32He核的质量为3.015 0 u．两个速率相等的氘核对心碰撞聚变成32He并放出一个中子，释放的核能全部转化为机械能．(质量亏损为1 u时，释放的能量为931.5 MeV.除了计算质量亏损外，32He的质量可以认为是中子的3倍)(1)写出该核反应的反应方程式．(2)该核反应释放的核能是多少？(3)若测得反应后生成中子的动能是3.12 MeV，则反应前每个氘核的动能是多少？答案：(1)21H＋21H―→32He＋10n (2)3.26 MeV (3)0.45 MeV解析：(1)核反应方程为：21H＋21H―→32He＋10n(2)质量亏损为：Δm＝2.013 6×2 u－(3.015 0 u＋1.008 7 u)＝0.003 5 u，释放的核能为：ΔE＝Δmc2＝0.003 5×931.5 MeV≈3.26 MeV(3)设中子和32He核的质量分别为m1、m2，速度分别为v1、v2.反应前每个氘核的动能是E0，反应后中子和32He核动能分别为E1、E2，根据动量守恒定律，得m1v1－m2v2＝0，E1 E2＝p22m1∶p22m2＝m2m1＝3，E2＝E13＝1.04 MeV由能量的转化和守恒定律，得E1＋E2＝2E0＋ΔE，E0＝0.45 MeV.12．天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀．不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr.式中H为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定．为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的．假定大爆炸后各星体以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远．这一结果与上述天文观测一致．由上述理论和天文观测结果可估算宇宙年龄T，其计算式如何表达？根据观测，哈勃常数H＝3×10－2 m/s·光年，其中光年是光在一年中行进的距离，由此估算宇宙的年龄约为多少年？答案：T＝1H1×1010年解析：由于大爆炸后各星体做匀速运动，令宇宙年龄为T，则星球现距我们的距离为r＝vT＝HrT，得T＝1H.T＝1H＝13×10－2 m/s·光年＝1 s·光年3×10－2 m＝1×365×24×3 600×3×1083×10－2×3 600×24×365年＝1×1010年．。
高中物理第十九章原子核粒子和宇宙成长训练新人教选修
8 粒子和宇宙主动成长夯基达标1.下列说法中正确的是（ ）A.太阳是宇宙的中心B.太阳系中只存在太阳和它的八大行星C.太阳系由太阳和若干行星及它们的卫星和彗星组成D.以上说法都正确思路解析：太阳系中以太阳为中心，有八大行星绕太阳运行，有的行星还有卫星，除此外还有2 000多颗比较小的小行星和彗星等，所以叙述较完整的是C 项.通常我们所说的八大行星是指太阳系中较大的几颗行星，太阳系的组成中还有小行星和彗星. 答案：C2.关于宇宙的成因，目前比较容易被接受的是宇宙起源于________.思路解析：目前关于宇宙成因有许多说法，其中具有代表性和多数科学家所接受的是“大爆炸”学说，认为宇宙起源于一次大爆炸.尽管“大爆炸”学说受到很多人支持，但仍有很多不解之谜.答案：大爆炸3.现在，科学家们正在设法探寻“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”构成的，“反粒子”与其对应的正粒子具有相同的质量和相同的电荷量，但电荷的符号相反.据此，若有反α粒子，它的质量数和电荷数为多少？思路解析：因“反粒子”与其对应的正粒子具有相同质量、相同的电荷量，但电荷的符号相反，所以，反α粒子质量数为4，电荷数为-2.答案：4 -24.1997年8月26日在日本举行的国际学术会上，德国的研究组宣布了他们的研究成果：银河系的中心可能存在一个大黑洞.他们的根据是用口径为3.5 m 的天文望远镜对猎户座中位于银河系中心附近的星系进行近六年的观测所得到的数据，他们发现距银河系中心约60亿千米的星系正以2 000千米每秒的速度围绕银河系中心旋转.根据上面的数据，试在经典力学范围内（见提示），通过计算确认，如果银河系中心确实存在黑洞的话，其最大半径是多少？（最后结果保留一位有效数字，万有引力常量G=6.67×10-11N·m 2·k g -2）提示：（1）黑洞是一种密度极大的天体，其表面的引力是如此之强，以致包括光在内的所有物质都逃脱不了其引力的作用；（2）计算中可以采用拉普拉斯黑洞模型，即使墨洞表面的物体初速等于光速也逃脱不了引力的作用.思路解析：设黑洞质量为M ，由题中信息“银河系的中心可能存在一个大黑洞，距银河系中心约60亿千米的星体正以2 000 km/s 的速度围绕银河系中心旋转”可以得到这样一个理想模型：质量为m 的星体绕银河系中心做圆周运动，则R mv R GMm 22=,得G R v M 2==3.6×1035 kg.由拉普拉斯黑洞模型的信息得到：若质量为m′的物体能以光速在其表面环绕飞行，而不会离去，则r v m r m GM 22'=',得R c v cGM r ⋅==22)(=3×108m.r 为最大半径. 答案：3×108m5.在天体演变的过程中，红色巨星发生“超新星爆炸”后，可以形成中子星（电子被迫同原子核中的质子相结合而形成中子），中子星具有极高的密度.(1)若已知某中子星的密度为107 kg/m 3,该中子星的卫星绕它做圆轨道运动，试求该中子星的卫星运行的最小周期;(2)中子星也在绕自转轴自转，则其密度至少应为多大？（假设中子星是通过中子间的万有引力结合成球状星体，万有引力常量G=6.67×10-11N·m 2·kg -2）思路解析：(1)如右图中所示，设中子星的卫星圆轨道半径为R ，质量为m,由万有引力提供向心力，可得22224T R m R M R GMm πϖ==.又当R=r （中子星的半径）时，卫星的运行周期最小，注意到343ρπr M =,由此可得T min =1.2×10-3 s. (2)设中子星的质量为M ，半径为r ，密度为ρ，自转角速度为ω.今在中子星“赤道”表面处取一质量极小的部分，万有引力恰好提供向心力，可得r M rGMm 22ϖ=.又ρπ343r M =，整理可得G πϖρ432=，代入数据，可得ρmin =1.3×1014 kg/m 3.答案：(1)1.2×10-3 s （2）1.3×1014 kg/m3 6.已知物体从地球上的逃逸速度R GM v 2=, 其中G 、M 、R 分别是万有引力常量、地球的质量和半径.已知G=6.67×10-11N·m 2·kg -2，光速c=2.99×108 m/s.求下列问题：（1）逃逸速度大于真空中光速的天体叫做黑洞.设某黑洞的质量等于太阳的质量M=1.98×1030kg,求它可能的最大半径；（2）在目前天文观测范围内，物质的平均密度为0.4kg/m 3,如果认为我们的宇宙是这样一个均匀大球体，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c,因此任何物体都不能脱离宇宙.问宇宙的半径至少多大？思路解析：（1）由题目所提供的信息可知，任何天体均存在其所对应的逃逸速度v 2，对于黑洞来说，其逃逸速度大于真空中的光速，即v 2>c,所以22cGM R <=2.93 km,即该黑洞的最大半径为2.93 km. (2)把宇宙视为一普通天体，则质量为343R V M πρρ==，其中R 为宇宙半径，ρ为宇宙密度，则宇宙所对应的逃逸速度为RGM v 2=由于宇宙密度使其逃逸速度大于光速，即v>c ，由以上的三个关系可得Gc R πρ832>=4.2×1010光年. 答案：(1)2.93 km (2)4.2×1010光年7.天文观测表明：几乎所有远处的恒星（或星系）都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度（称为退行速度）越大，也就是宇宙在膨胀.不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v=Hr ，式中H 为一常量，称为哈勃常数，已由天文观察测定.为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的.假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远，这一结果与上述天文观测一致. 由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T=__________.思路解析：题中提供两个信息，一是宇宙在膨胀时，各星体以不同的速度向外匀速运动，不同星体的退行速度v 和它们离我们的距离r 成正比，即v=Hr ；二是各星体匀速运动.设想我们位于其中心,取大爆炸后的速度分别为v 1、v 2的两个星体研究（v 1>v 2）.设大爆炸开始到现在经过的时间为T ，由于各星体做匀速运动，物理模型如右图所示.则两个星体的位移应满足：r 1=v 1T,r 2=v 2T,根据r=vT ，结合题中的v=Hr ，可分析得到：年年－102810m/s1031m/s 1031=⨯⋅⨯==H T . 答案：1010年8.彗星——拖着长长的尾巴，时而出现于黎明的东方，时而划破晴夜的长空.对于彗星的观察，我国从殷商时代就有了关于彗星的观察记录，并为后人留下了珍贵的资料，其中在《春秋》中记载的观察彗星的资料，被公认为是世界上哈雷彗星的最早记录，比欧洲关于彗星的记录早了几百年.在西方研究彗星的众多科学家中，英国物理学家哈雷对彗星的研究最为深入，他不仅对彗星进行天文观察，而且还对彗星的轨道进行了定量的计算，1705年，他在《彗星天文学》一书中计算了彗星的24个轨道.在现在已知的1 600颗彗星中，人们对其中的600颗已确定了它们的轨道.下面是关于彗星的几个问题：（1）经过观察与研究，人们发现彗星绕太阳运行的轨道一般为椭圆、抛物线或双曲线.彗星轨道的形状是由彗星的能量所决定的.试问著名的哈雷彗星的运行轨道是椭圆，是抛物线，还是双曲线？为什么？（2）据科学家研究发现，彗星是由稀薄气体、冰冻团块、甲烷、氨、干冰等组成.彗星中还含有钾、钙、锰、钠和铁等物质，试说明人们是运用什么方法知道彗星中含有上述物质的.（3）1994年，曾经发生了一个轰动世界的天文奇观，一颗命名为“苏梅克—列维9号”的彗星断裂成了21块（其中最大的一块线度约4km ）,以60km/s 的速度连续地向木星撞去，这就是著名的彗—木相撞现象.苏梅克—列维9号彗星中的第一块碎片于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，撞击后产生的多个火球绵延近1 000 km.设想苏梅克—列维9号彗星分裂时有一块碎块的质量为1012kg ，它相对于木星的速度为600 m/s,求它与木星相撞过程中损失的机械能为多少.（4）苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块于格林尼治时间7月16日20时15分落入木星大气层向木星撞去，放出了相当于8×1020J 的巨大能量.已知一个铀235裂变时可放出约200 MeV 的能量，试估算：苏梅克—列维9号彗星中的第一个碎块与木星相撞所释放的能量相当于多少千克的铀235发生了裂变？思路解析：（1）哈雷彗星是一颗周期彗星，人们最近一次观察到它是在1986年，预计在2062年哈雷彗星会再一次光临地球“做客”.哈雷彗星的周期为76年，由此可见哈雷彗星的运行轨道应该是椭圆.（2）当彗星造访地球时，可以对其进行光谱分析，通过对彗星光谱的分析，我们可以知道彗星中含有钾、钙、钠、铁等物质.（3）这个彗星碎块与木星相撞的过程中损失的机械能等于其与木星相碰前瞬间的动能，则有J J mv E 172122108.12600102⨯=⨯==∆. (4)我们先计算一个铀235裂变放出的核能是多少焦.ΔE=2×108×1.6×10-19J,我们再计算n 个铀235裂变后可放出8×1020 J 的能量，即1120102.3108-⨯⨯=n =2.5×1031(个), 则约相当于发生裂变的铀的质量310235N n m ⨯⨯=- kg 233111002.6105.21035.2⨯⨯⨯⨯=- =9.8×106 kg.答案：(1)椭圆 （2）光谱分析 （3）1.8×1017J (4)9.8×106 kg走近高考9.(2006江苏高考，18)天文学家测得银河系中氦的含量约为25%，有关研究表明，宇宙中氦生成的途径有两条，一是在宇宙中诞生后3分钟左右生成的，二是在宇宙演化到恒星诞生后，由恒星内部氢核聚变反应生成的.（1）把氢核聚变反应简化为4个氢核（H 11）聚变成氦核（He 42），同时放出2个正电子（e 10）和2个中微子（ν）.请写出该氢核聚变反应的方程式，并计算一次反应释放的能量.（2）研究表明，银河系的年龄为t=3.8×1017s ，每秒钟银河系产生的能量约为1×1037J （即P=1×1037J/s ）,现假定该能量全部来自上述氢核聚变反应，试估算银河系中氦的质量（最后结果保留一位有效数字）.（3）根据你的估算结果，对银河系中氦的主要生成途径作出判断.(可能用到的数据：银河系质量为M=3×1041kg,质量单位1u=1.66×10-27kg,1u 相当于1.5×10-10J 的能量，电子质量M e =0.000 5u,氦核质量M α=4.002 6 u,氢核质量M H =1.007 8 u,中微子（ν）质量为零）.思路解析：(1)方程式：γ224012411++→e He H .其质量亏损为Δm=4M p -M α-2M E =0.028 11 u =4.664 6×10-29 kg.ΔE=Δmc 2=4.14×10-12J.(2)氦的质量 M EPt m ∆=≈6.0×1039 kg. (3)氦的含量%2103100.64139≈⨯⨯=M m k 由估算可知，k=2%<25%.故银河系中的氦主要是宇宙诞生后不久产生的.答案：（1）γ224012411++→e He H 4.14×10-12J （2）6.0×1039 kg （3）宇宙诞生后不久产生的高考理综物理模拟试卷注意事项：1. 答题前，考生先将自己的姓名、准考证号填写清楚，将条形码准确粘贴在考生信息条形码粘贴区。
高中物理第十九章原子核核聚变粒子和宇宙达标训练新人教选修
7 核聚变 8 粒子和宇宙更上一层楼 基础·巩固1.下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是( ) A.P 3015→Si 3014+e 01 B.H 21+H 31→He 42+n 1C.C 146→N 147+e 01D.U 23892→Th 23490+He 42 解析：因为轻核结合成质量较大的核叫聚变，此题关键在一个“聚”字，暗示变化之前应至少有两种核，四个选项中只有B 选项符合要求. 答案：B2.(经典回放)如下一系列核反应是在恒星内部发生的.p+C 126→N 137 N 137→C 136+e ++υp+C 136→N 147 p+N 147→O 158 O 158→N 157+e ++υ p+N 157→C 126+α其中p 为质子，α为α粒子，e +为正电子，υ为一种微子，已知质子的质量为m p =1.672 648×10-27kg,α粒子的质量为m α=6.644 929×10-27 kg,正电子的质量为m e =9.11×10-31kg,中微子的质量可忽略不计，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，系列反应最终等效为4p→α+2e ++2ν答案：设反应后释放的能量为Q ，根据质能关系和能量守恒得4m p c 2=m αc 2+2m e c 2+Q 代入数值可得Q=3.95×10-12J.3.在某些恒星内，3个α粒子结合成一个C 126核.C 126的质量是12.000 0 u,He 42的质量是4.002 6 u,这个反应放出多少能量?解析：先求出反应前后的质量亏损，然后由质能方程求出反应中放出的能量.三个α粒子结合成一个C 126核的质量亏损为Δm=3×m α-m C =3×4.002 6u -12.000 0u=0.007 8u ， 则放出的能量为ΔE=0.007 8×931.5 MeV=7.265 7 MeV.4.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素).已知氘核质量m D =2.013 6 u ，氦核质量m He =3.0150 u ，中子质量m n =1.008 7 u.(已知1 u=1.660 566×10-27kg) (1)写出聚变的核反应方程； (2)求该反应中的质量亏损； (3)计算释放出的核能.解析：(1)H 21+H 21→He 32+n 1(2)Δm=2m D -m He -m n =2×2.013 6 u -3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u(3)E=Δmc 2=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV 答案：(1)H 21+H 21→He 32+n 10 (2)0.003 5 (3)3.26 MeV 综合·应用5.(经典回放)下面是一核反应方程：H 21+H 31→He 42+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c 2B.X 是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c 2C.X 是质子，核反应放出的能量等于氘核与氘核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c 2D.X 是中子，核反应放出的能量等于氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c 2解析：根据质量数与电荷数守恒，可知X 是中子，又由质能方程可知核反应放出的能量：E=(m 氘+m 氚-m 氦-m n )c 2，故选D 项. 答案：D6.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u 夸克和d 夸克的两类夸克组成.u 夸克带电量为32e ，d 夸克带电量为-31e ，e 为基元电荷.下列论断可能正确的是 …( ) A.质子由1个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成 B.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和2个d 夸克组成 C.质子由1个u 夸克和2个d 夸克组成，中子由2个u 夸克和1个d 夸克组成 D.质子由2个u 夸克和1个d 夸克组成，中子由1个u 夸克和1个d 夸克组成解析：题目中给出的信息是u 夸克与d 夸克的电荷量，故应从质子带一个元电荷，中子不带电荷的角度考虑，分析可知选项B 正确. 答案：B7.(2005广东)下列说法不正确的是( ) A.H 21+H 31→He 42+n 10是聚变B.U 23592+n 10→Xe 14054+Sr 9438+2n 10是裂变 C.Ra 22688→Rn 22286+He 42是α衰变D.Na 2411→Mg 2412+e 01 是裂变解析：聚变是把轻核结合成质量较大的核并放出核能的过程；裂变是重核分裂成质量较小的核并放出核能的过程；衰变是原子核放出α、β粒子后，转变为新的原子核的变化.放出α粒子叫做α衰变，放出β粒子叫做β衰变.比较以上四式可知，只有D 项是不正确的.它应是β衰变，而不是裂变. 答案：D8.新中国成立后，为了打破西方霸权主义的核威胁，巩固我们来之不易的独立主权，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中.终于在1964年、1967年成功爆炸我国第一颗原子弹和氢弹，下列核反应方程可表示两弹的爆炸原理的是( )A.N 147+He 42→O 178+H 11 B.U 23592+n 10→Sr 9038+Xe 13654+10n 10 C.U 23892→Th 23490+He 42D.H 21+H 31→He 42+n 1解析：原子弹利用核裂变而氢弹利用核聚变后而获得巨大核能，故B 项对应原子弹而D 项对应氢弹的爆炸原理，即轻核聚变，A 项为人工核转变，C 项为核衰变反应，不合要求. 答案：BD9.(2006四川理综)某核反应方程为H 21+H 31→He 42+X.已知H 21的质量为2.013 6 u.H 31的质量为3.018 u,He 42的质量为4.002 6 u,X 的质量为1.008 7 u.则下列说法中正确的是( )A.X 是质子，该反应释放能量B.X 是中子，该反应释放能量C.X 是质子，该反应吸收能量D.X 是中子，该反应吸收能量解析：由质量数守恒有：X 核的核子数：A=2+3-4=1；由电荷数守恒有：X 核的质子数：Z=1+1-2=0，由此可得X 是中子；由题目给出的已知条件，可算出反应后的质量亏损：Δm=(2.013 6+3.018-4.002 6-1.008 7)u=0.020 3 u ＞0，由于反应过程存在质量亏损，因此该反应必定释放能量. 答案：B10.(2006广东)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H 21+H 31→He 42+n 1B.“人造太阳”的核反应方程是U 23592+n 10→Ba 14156+Kr 9236+3n 1C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc 2D.“人造太阳”核能大小的计算公式是E=21mc 2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. 答案：AC11.核聚变的燃料氘可以从海水中提取.海水中的氘主要以重水的形式存在，含量为0.034 g·L -1，从1 L海水中提取的氘发生反应时，能释放多少能量？相当于燃烧多少升汽油？(汽油的燃烧值为4.6×107J/kg) 解析：根据题意得出能量之间的关系即可计算.1 L 海水含氘0.034 g ，合0.017 mol.而1个氘核反应放出17.51 MeV ，故1 L 海水放出能量为0.017×6.03×1023×17.51 MeV=1.78×1023 MeV ，相当于300 L 汽油燃烧放出的能量.12.(经典回放)太阳现正在处于主序星演化阶段，它主要是由电子和H 11、He 42等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2e 01 +4H 11→He 42+“释放的核能”，这些核能最后转化为辐射能，根据目前关于恒星的演化的理论，若由聚变反应而使太阳中的H 11核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由电子和H 11核组成. (1)为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M ，已知地球半径R=6.4×106m.地球质量m=6.0×1024kg ，日地中心的距离r=1.5×1011 m ，地表面处的重力加速度g=10 m/s 2，1年约3.2×107s ，试估算目前太阳的质量M.(2)已知质子质量m p =1.672 6×10-27kg ，He 42质量m a =6.645 8×10-27kg ，电子质量m e =0.9×10-30kg,光速c=3×108m/s ，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.(3)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W=1.35×103W/m 3,试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求一位有效数字)解析：利用万有引力定律和牛顿运动定律计算出太阳的质量.根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能.太阳的总辐射能与每秒太阳向外辐射的能量之比就是太阳继续保持在主序星阶段的寿命.(1)设地球绕太阳运动的周期为T ，由万有引力定律和牛顿运动定律可知 G2r Mm =m(T π2)2r,①地球表面的重力速度g=G2Rm,② 由①②式联立解得M=2×1030kg,③以题给数据代入，得M=2×1030kg.④(2)根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为ΔE=(4m p +2m e -m α)c 2，⑤代入数据，解得ΔE=4.2×10-12J.⑥(3)根据题设假定,在太阳继续保持在主序星阶段的时间内,发生题中所述的核聚变反应的次数为 N=pmM4×10%，⑦ 则太阳的总辐射能为E=N·ΔE.⑧设太阳的辐射是各向同性的，则每秒太阳向外辐射的能量为ε=4πr 2W⑨所以太阳继续保持在主序星阶段的时间为 t=εE , 由以上各式解得 t=0Wr m EeM p 2441.0π⨯∆•.以题给数据代入，可解得t=1×1010年=1百亿年.⑩2019-2020学年高考物理模拟试卷一、单项选择题：本题共10小题，每小题3分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的1．2018年12月8日2时23分，我国成功发射“嫦娥四号”探测器，开启了月球探测的新旅程，“嫦娥四号”于2019年1月3日10时26分成功着陆在月球背面南极—艾特肯盆地。
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课时跟踪检测（二十四）核聚变粒子和宇宙1．发生轻核聚变的方法是( )
A．用中子轰击
B．保持室温环境，增大压强
C．把物质加热到几百万开尔文以上的高温
D．用γ光子照射
解析：选C 轻核聚变需要几百万开尔文以上的高温，使核子间的距离达到10－15 m，核
力发生作用，发生聚变反应，C项正确。
2．20世纪30年代以来，人们在对宇宙射线的研究中，陆续发现了一些新的粒子，K介
子和π介子就是科学家在1947年发现的。
K－介子的衰变方程为K－→π0＋π－，其中K－介子
和π－介子带负电，电荷量等于元电荷的电荷量，π0介子不带电。
如图所示，一个K－介子沿
垂直于磁场的方向射入匀强磁场中，其轨迹为图中的圆弧虚线，K－介子衰变后，π0介子和π－介子的轨迹可能是( )
解析：选A π0介子不带电，在磁场中不偏转，π－介子带负电，在磁场中洛伦兹力作用
下做匀速圆周运动，再根据动量守恒判定知A正确。
3．[多选]关于轻核聚变，下列说法正确的是( )
A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时要吸收能量
B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大很多
C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积
D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能
解析：选BD 根据比结合能图线可知，聚变后比结合能增加，因此聚变反应中会释放能
量，故A错误；聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变反应中每个核子放出的能量大3～
4倍，故B正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应时，要使轻核
之间的距离达到10－15 m以内，这需要原子核有很大的动能才可以实现聚变反应，故C错误，
D正确。
4．[多选]下列说法正确的是( )
A.15 7N＋11H→12 6C＋42He是α衰变方程
B.11H＋21H→32He＋γ是核聚变反应方程
C.238 92U→234 90Th＋42He是核裂变反应方程
D.42He＋2713Al→3015P＋10n是原子核的人工转变方程
解析：选BD 衰变是在没有粒子轰击的情况下，原子核自发地放出α粒子或β粒子的
反应，15 7N在质子的轰击下发生的核反应属于人工转变，A错；11H＋21H―→32He＋γ是两个质量较
轻的核结合成了质量较重的核，是核聚变反应，B对；238 92U→234 90Th＋42He是α衰变，裂变必须形
成两个中等质量的核，C错；用α粒子去轰击原子核，产生新原子核并放出一个粒子，这是
原子核的人工转变，D对。
5．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子(νe)而获得了2002年度诺贝尔物理学奖。
他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615 t四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶。
电子中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为νe＋3717Cl→3718Ar＋0－1e。
已知3717Cl核的质量为36.956 58 u，3718Ar核的质量为36.956 91 u，0－1e的质量为0.000 55 u,1 u质量对应的能量为931.5 MeV。
根据以上数据，可得参与上述反应的电子中微子的最小能量为( ) A．0.82 MeV B．0.31 MeV
C．1.33 MeV D．0.51 MeV
解析：选A 反应后不释放能量时对应电子中微子的能量最小，
为E＝(36.956 91＋0.000 55－36.956 58)×931.5 MeV＝0.82 MeV，选项A正确。
6．以下说法正确的是( )
A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子
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：选B 最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故选项A错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以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，B正确、D不正确。
7．正电子是电子的反粒子，它跟普通电子的电量相等，而电性相反，科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。
1997年初和年底，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。
你推测反氢原子的结构是( )
A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成
C．由一个不带电的中子与一个带负电荷的电子构成
D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成
解析：选B 反氢原子的结构应该是反质子与反电子组成，即一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成。
8．一个氘核和一个氚核经过核反应后生成氦核和中子，同时放出一个γ光子。
已知氘核、氚核、中子、氦核的质量分别为m1、m2、m3、m4，普朗克常量为h，真空中的光速为c。
下列说法正确的是( )
A．这个核反应是裂变反应
B．这个反应的核反应方程是21H＋31H→42He＋210n＋γ
C．辐射出的γ光子的能量E＝(m3＋m4－m1－m2)c2
D ．辐射出的γ光子在真空中的波长λ＝h m 1＋m 2－m 3－m 4c
解析：选D 一个氘核和一个氚核经过核反应后生成一个氦核和一个中子，这是核聚变反应，A 、B 选项错误。
核反应的质量亏损Δm ＝m 1＋m 2－m 3－m 4，辐射出的γ光子的能量E ＝(m 1＋m 2－m 3－m 4)c 2，C 选项错误，γ光子在真空中的频率ν＝E
h ，波长λ＝c ν＝ch E
＝ch m 1＋m 2－m 3－m 4c 2＝h m 1＋m 2－m 3－m 4c
，D 选项正确。
9．某一年，7颗人造卫星同时接收到来自远方的中子星发射的γ光子，经分析确认，1个负电子和1个正电子发生湮灭时放出2个频率相同的γ光子。
已知负电子、正电子的静止质量m 0＝9.1×10
－31 kg ，又已知静止质量为m 0的粒子，其能量E 和发生湮灭前的动量p 满足关系E 2＝c 2p 2＋m 20c 4
，式中c 为光速。
若负电子、正电子发生湮灭前的总动量为零。
(1)写出湮灭的核反应方程式；
(2)用动量的有关知识说明上述核反应不可能只放出一个光子；
(3)计算出γ光子的频率。
解析：(1)核反应方程式为 0－1e ＋01e→2γ。
(2)若只放出一个光子，说明反应后总动量不为零，而反应前总动量为零，违反动量守恒定律，所以只放出一个光子是不可能的。
(3)由于正、负电子湮灭前的总动量为零，光子的能量满足E ＝hν，
由能量守恒定律有m 0c 2＋m 0c 2＝2hν， 即得光子的频率为ν＝m 0c 2h ＝9.1×10－31×3×108
26.63×10
－34 Hz ＝1.24×1020 Hz 。
答案：(1) 0－1e ＋01e→2γ (2)见解析 (3)ν＝1.24×1020 Hz。