【全程复习方略】2015-2016学年高中物理 19.7-19.8核聚变 粒子和宇宙(探究导学课型)课件 新人教版选修3-5
2016版《全程复习方略》高考物理(全国通用)总复习单元评估检测(六)含答案
单元评估检测 ( 六)(第六章)(45 分钟100 分)一、选择题 ( 此题共 8 小题 , 每题 7 分, 共 56 分。
1～5 题为单项选择题 ,6 ～8 题为多项选择题 )1.法拉第是19 世纪最伟大的实验物理学家之一, 他在电磁学研究方面的优秀贡献好像伽利略、牛顿在力学方面的贡献同样 , 拥有划时代的意义, 正是他提出了电场的观点。
对于静电场的电场强度的观点, 以下说法正确的选项是 ()A. 由 E= 可知 , 某电场的电场强度 E 与 q 成反比 , 与 F 成正比B. 正、负查验电荷在电场中同一点遇到的电场力方向相反, 所以某一点电场强度方向与放入查验电荷的正负相关C.电场中某一点的电场强度与放入该点的查验电荷的正负没关D.电场中某点不放查验电荷时 , 该点电场强度等于零【分析】选 C。
电场强度是一个比值定义 , 与放入的查验电荷遇到的力大小 F 及带电量 q 没关 , 是由电场自己的性质决定的 ,A 错误 ,C 正确 ; 电场强度的方向规定与正电荷受力的方向同样, 负电荷受力的方向与电场强度方向相反 , 所以与正负电荷没关 ,B 错误 ; 一旦经过查验电荷测出了该点的电场强度, 把查验电荷移走, 该点的电场强度仍不变, 与能否有查验电荷没关 ,D 错误。
2.(2015 ·吉安模拟 ) 如下图 , 两个带有同种电荷的小球,用绝缘细线悬挂于O点, 若 q1>q2,L 1>L2, 均衡时两球到过 O点的竖直线的距离相等 , 则()A.m1>m2B.m1 =m2C.m1<m2D.没法确立【解题指南】该题是带电小球在库仑力作用下的均衡问题。
应当注意的问题： (1)对两个小球分别受力剖析,画出受力争。
(2)依据力的三角形特色选择三角形相像法求解。
【分析】选 B。
对 m1、m2球受力剖析 , 如下图：依据共点力均衡和几何关系得：左侧两个暗影部分面积相像 ,右侧两暗影部分面积相像 ; 固然 q1>q2,L1>L2 ,但二者的库仑力大小相等 , 则有=,因为 F1=F2,所以 m1 =m2。
【人教版】高中物理选修3-5精选教案：19.7 核聚变 Word版含答案
第七节核聚变教学目标：（一）知识与技能1、了解聚变反应的特点及其条件。
2、了解可控热核反应及其研究和发展。
3、知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。
（二）过程与方法通过让学生自己阅读课本，培养他们归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。
（三）情感、态度与价值观1、通过学习，使学生进一步认识到科学技术的重要性，培养学生热爱科学、勇于献身科学精神。
2、认识核能的和平利用能为人类造福，但若用于战争目的将给人类带来灾难，希望同学们努力学习，为人类早日和平利用核聚变能而作出自己的努力。
教学重点：聚变核反应的特点和条件。
教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。
教学用具：多媒体教学设备教学过程：（一）引入新课教师：1967年6月17日，我国第一颗氢弹爆炸成功。
从第一颗原子弹爆炸成功到第一颗氢弹爆炸成功，我国仅用了两年零八个月。
前苏联用了四年，美国用了七年。
氢弹爆炸释放核能是通过轻核的聚变来实现的。
这节课我们就来研究聚变的问题。
（二）新课教学1、聚变及其条件指导学生阅读课本第一段，回答什么叫轻核的聚变？学生活动：仔细阅读课文，回答问题：两个轻核结合成质量较大的核，这样的反应叫做聚变。
提问：请同学们再看看比结合能曲线（图19.5-3），想一想为什么轻核的聚变反应能够比重核的裂变反应释放更多的核能？学生活动：学生思考并分组讨论、归纳总结回答问题：因为较轻的原子核比较重的原子核核子的平均质量更大，聚变成质量较大的原子核能产生更多的质量亏损，所以平均每个核子释放的能量就更大。
教师补充：（1）氢的聚变反应：2 1H+21H→31He+11H+4 MeV、2 1H+31H→42He+1n+17.6 MeV（2）释放能量：ΔE＝Δmc2＝17.6 MeV，平均每个核子释放能量3 MeV以上，约为裂变反应释放能量的3～4倍教师：请同学们试从微观和宏观两个角度说明核聚变发生的条件？学生活动：阅读教材，分析思考、归纳总结并分组讨论，得出结论：微观上：参与反应的原子核必须接近到原子核大小的尺寸范围，即10-15 m，要使原子核接近到这种程度，必须使它们具有很大的动能以克服原子核之间巨大的库仑斥力。
2016版《全程复习方略》高考物理（全国通用）总复习教师用书配套课件 4.4 万有引力与航天
2.“T、r”法：测出卫星绕中心天体做匀速圆周运动的半径r和周期
T。
(1)由
GMm m42r
r2
T2
得天体的质量M=
4 2r3 GT2
(2)若已知天体的半径R,则天体的密度ρ=
。 M V
M 4 R3
3r3 。 GT2R3
3
(3)若卫星绕天体表面运行时,可认为轨道半径r等于天体半径R,则天
2.卫星的运行规律及黄金代换： (1)万有引力提供向心力。
(2)天体对其表面的物体的万有引力近似等于重力,即 G M m =mg或
R2
gR2=GM(R、g分别是天体的半径、表面重力加速度),公式gR2=GM应用 广泛,称“黄金代换”。 3.地球同步卫星的特点： (1)轨道平面一定：轨道平面和赤道平面重合。 (2)周期一定：与地球自转周期相同,即T=24h=86400s。
B.万有引力FA>FB>FC D.向心加速度aA<aB<aC
【解析】选C。因为卫星的质量大小关系不知,所以卫星的万有引力大
小关系无法判断,B错误;卫星绕地球做圆周运动,有 G Mr2m=mmrvrω2 2
=ma向,得v=G M ,ω=
r
G r,Ma3 向=
,由G r M2 于rA<rB<rC,则vA>vB>vC,
(3)角速度一定：与地球自转的角速度相同。 (4)高度一定：据 GM r2 mm4T 22r得 r3G 4 M T 22 =4.23×104km,卫星离地 面高度h=r-R≈6R(为恒量)。
(5)绕行方向一定：与地球自转的方向一致。
【典例2】(2014·天津高考)研究表明,地球自转在逐渐变慢,3亿年
2024届全国新高考物理冲刺复习 核裂变 核聚变和宇宙粒子
4.核聚变的应用——氢弹
5.自然界中的核聚变——太阳的核燃烧
氢弹原理--首先由普 通炸药引爆原子弹， 再由原子弹爆炸产 生的高温高压引发 热核爆炸.
反应方式 比较项目
重核裂变
轻核聚变
放能原理
重核分裂成两个或多个中等质量 两个轻核结合成质量较
的原子核，放出核能
大的原子核，放出核能
放能多少
聚变反应比裂变反应平均每个核子放出的能量大约要大3～ 4倍
后来还发现了一些粒子，质量比质子的质量大，叫做超子
粒子加速器有助于发现更多的新粒子
反粒子 质量寿命自旋等物理性质相同而电荷等其他性质相反的粒子
电子 质子
正电子 反质子
现在已经发现的粒子达到400多 种。
粒子的分类
按照粒子与各种相互作用的不同关系，将粒子分为三类。 1.强子：参与强相互作用的粒子。
例如：质子 中子 介子 超子 强子又分为介子和重子两类。 2.轻子：不参与强相互作用的粒子。
2024届全国新高考物理冲刺复习
核裂变和核聚变 粒子和宇宙
一、核裂变
1.核裂变 重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的 新原子核，并放出 核能的 过程. 2.铀核裂变 用中子轰击铀核时，铀核发生裂变，其产物是多种多样的，其中一种 典型的反应是 23952U＋10n→14546Ba＋8396Kr.＋ 310n
二、核电站
1.核电站 利用核能发电，它的核心设施是核反应堆 .它主要由以下几部分组成： (1)燃料：铀棒 . (2)慢化剂：铀235容易捕获慢中子 发生反应，可采用石墨 、重水 、普通水 ______作减速剂. (3)控制棒：为控制能量释放的速度，需控制中子的数目，采用镉棒 作为 控制棒 来控制链式反应的速度.
人教版物理【选修3-5】19.7-19.8《核聚变 粒子和宇宙》过关检测(含答案)
课时训练20 核聚变粒子和宇宙一、综合题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答案:BD解析:两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量,但不一定是中等质量的核,故A错误。
聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时放出的能量大得多,这点我们由聚变反应的特点就可以知道,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电荷间强大的斥力做功,故C错误,D正确。
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组成氘核,并形成氢核的核时代,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错误。
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、安全的核聚变燃料,其参与的一种核聚变反应的方程式为HeHe→He。
关于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.聚变反应没有质量亏损D.目前核电站都采用He聚变反应发电答案:B解析:聚变反应是轻核变为较大质量核的反应,发生质量亏损,释放能量。
目前核电站采用重核裂变反应。
4.下面是一核反应方程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c2答案:D解析:由质量数守恒及电荷数守恒可得X为n(中子),再根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。
【赢在课堂】2014年高中物理(新课标人教版)选修3-5配套课件 19.7-19.8
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迁移与应用 1 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。(1u 相当于 931.5MeV) (1)写出聚变方程; (2)求释放出的核能多大? (3)求平均每个核子释放的能量是多大? 1 3 答案:(1)1 H + 2 n → H (2)6.24MeV (3)2.08MeV 0 1 1
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1.核聚变的特点 聚变反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生的热就 会使反应继续下去。 2.核聚变的应用 (1)核武器——氢弹。 (2)可控热核反应:目前处于探索阶段。
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二、粒子与宇宙
活动与探究 2 请用合适的方式全面概括你对粒子分类的了解。
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答案:
光子(传递电磁相互作用) 媒介子 胶子(传递强相互作用) 中间玻色子(传递弱相互作用) 电子 轻子(6 种) 粒子 中微子 μ 子和 μ 子中微子 τ 子和 τ 子中微子 上夸克 质子 强子参与强相互作用 中子 介子 超子 夸克 下夸克 奇异夸克 粲夸克 底夸克 顶夸克
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二、受控热核反应
1.裂变与聚变相比有很多的优点 第一,轻核聚变产能效率高; 第二,地球上聚变燃料的储量丰富; 第三,轻核聚变更为安全、清洁。 2.科学家设想的受控热核反应两种方案 磁约束和惯性约束。
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三、“基本粒子”不基本
在 19 世纪末,人们认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不 可再分的最基本的粒子,20 世纪后半期,科学家发现质子、中子也有着 自己的复杂结构,于是基本粒子不再“基本”。
7
核聚变
8
粒子和宇宙
高中物理第十九章原子核第7节核聚变第8节粒子和宇宙随堂检测新人教版选修3-5(new)
第7节核聚变第8节粒子和宇宙1．(对应要点一)以下说法正确的是( ）A．聚变是裂变的逆反应B．如果裂变释放能量，则聚变反应必定吸收能量C．聚变必须将反应物加热至数百万摄氏度以上高温，显然是吸收能量D．裂变与聚变均可释放巨大的能量解析：A选项，从形式上看，裂变与聚变似乎是互为逆反应，其实不然，因为二者的反应物与生成物全然不同，裂变是重核分裂成中等质量的核，而聚变则是轻核聚合成为较重的核，无直接关联，并非互为逆反应；B选项,既然裂变与聚变不是互为逆反应，则在能量的流向上也不相反；C选项，要实现聚变反应，必须使参加反应的轻核充分接近，需要数百万摄氏度高温，但聚变一旦实现，所释放的能量远大于所吸收的能量，因此，总的说来，聚变反应还是释放能量,故正确答案为D。
答案:D2．(对应要点二)关于粒子,下列说法正确的是（）A．质子和中子是组成物质的不可再分的最基本的粒子B．质子、中子本身也是复合粒子，它们拥有复杂的结构C．质子是带电的强子D．夸克模型说明电子电荷不再是电荷的最小单位解析：质子和中子是由不同夸克组成的,它们不是最基本的粒子，故A错，B对；不同的夸克组成强子,有的强子带电，有的强子不带电，质子是最早发现的强子,故C正确；夸克模型是研究强子的理论，不同夸克带电不同，分别为＋错误!e或－错误!e，这说明电子电荷不再是电荷的最小单位，故D正确。
答案：BCD3．(对应要点二)（2012·山西太原期末）在β衰变中常伴有一种称为“中微子"的粒子放出，但中微子的性质十分特别，因此在实验中很难探测.1953年,莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统，利用中微子与水中11H的核反应，间接地证实了中微子的存在，中微子与水中11H发生核反应，产生中子错误!n和正电子(错误!e)，即：中微子＋错误! H→错误!n＋错误!e,由此可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________(填入正确选项前的字母).A．0和0 B．0和1C．1和0 D．1和1上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,可以转变为两个能量相同的光子(γ）,即错误!e＋错误!e→2γ。
高中物理 第章 第节核聚变粒子和宇宙检测试题选修
积盾市安家阳光实验学校"【成才之路】高中物理第19章第7、8节核聚变粒子和宇宙检测试题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、子粒子B．质子和中子强子C．光子、中微子和电子轻子D．氢核、氘核、氦核轻核答案：A解析：宇宙形成之初产生了夸克、轻子和子粒子，之后又经历了质子和中子强子时代，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．，《》杂志评出的《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律。
3．如图所示，中子内有一个电荷量为＋23e的上夸克和两个电荷量为－13e 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( )A B C D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。
高中物理第十九章原子核核聚变粒子和宇宙教材梳理素材新人教选修
7 核聚变8 粒子和宇宙疱丁巧解牛知识·巧学一、核聚变1.定义：轻核结合成质量较大的原子核的反应叫聚变.例如H 21+H 31→He 42+n 12.聚变发生的条件(1)要使轻核聚变，就必须使轻核接近核力发生作用的距离10-15m ，但是原子核是带正电的，要使它们接近10-15m 就必须克服电荷间很大的斥力作用，这就要求原子核具有足够的动能.要使原子核具有足够大的动能，就要给核加热，使物质达到几百万摄氏度的高温.(2)在高温下，原子已完全电离，形成物质第四态——等离子态，等离子体的密度及维持时间达到一定值时，才能实现聚变.3.轻核必须在很高的温度下相遇才能发生聚合放出更大的能量，由于温度较高，所以聚变也称为热核反应. 联想发散 原子弹爆炸时，能产生这样的高温，然后引起轻核的聚变，氢弹就是根据这一原理制成的.太阳等许多恒星内部都进行着剧烈的核聚变，温度高达107 K 以上，向外释放大量的能量，地球只接收了其中的二十亿分之一左右.4.聚变与裂变的比较(1)能用于热核反应的原料极其丰富，裂变的原料比较稀缺.(2)同样情况下聚变放出的能量比裂变大.(3)热核反应后的遗留物对环境污染小，这一点裂变无法相比.二、受控热核反应1.热核反应的优点(与裂变相比)(1)产生的能量大；(2)反应后生成的放射性物质易处理；(3)热核反应的燃料在地球上储量丰富.2.实现核聚变的难点地球上没有任何容器能够经受如此高的温度，为解决这个难题，目前有3种方法对等离子体进行约束，即引力约束、磁约束和惯性约束.3.热核反应的两种方式爆炸式热核反应；受控式热核反应，目前正处于探索、试验阶段.三、“基本粒子”不基本1.19世纪末，许多人认为光子、电子、质子和中子是组成物质的不可再分的最基本粒子.2.从20世纪起科学家陆续发现了400多种同种类的新粒子，它们不是由质子、中子、电子组成.3.科学家进一步发现质子、中子等本身也是复合粒子，且还有着复杂的结构.4.粒子加速器和粒子探测器是研究粒子物理的主要工具.四、发现新粒子1.超子：质量比质子的质量大的粒子.2.反粒子(反物质)实验发现，许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些物理量相反的粒子，叫反粒子，例如电子和正电子，质子和反质子等.由反粒子构成的物质叫反物质.反粒子(反物质)最显著的特点是当它们与相应的正粒子(物质)相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成其他的粒子.3.按照粒子与各种相互作用的关系，可以将粒子分为三大类：强子、轻子和媒介子.(1)强子：强子是参与强相互作用的粒子，如质子是最早发现的强子，强子又分为介子和重子两类.(2)轻子：轻子是不参与强相互作用的粒子，如电子、中微子、μ子、τ子等.(3)媒介子：媒介子是传递各种相互作用的粒子，如光子、中间玻色子、胶子.五、夸克模型实验表明强子是有内部结构的，1964年美国物理学家盖尔曼提出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的.夸克理论经过几十年的完善和发展，已经逐渐为多数粒子物理学家所接受.根据夸克理论，夸克有6种，它们是上夸克(u)、奇异夸克(s)、粲夸克(c)、下夸克(d)、底夸克(b)和顶夸克(t).它们带的电荷分别为元电荷的±31或±32.到目前为止，人们已经从实验中发现了所有6种夸克存在的证据.夸克模型的提出是物理学发展中的一个重大突破，它指出电子电荷不再是电荷的最小单元，即存在分数电荷.六、宇宙的演化用粒子物理学可以较好地解释宇宙的演化，根据大爆炸理论在宇宙形成之初是“粒子家族”尽显风采的时期，在大爆炸的瞬间(约10-14 s ，温度为1032 K)产生夸克、轻子、胶子等粒子.大爆炸后约10-6 s ，温度下降到1013 K 左右，夸克构成质子和中子等强子，这个温度范围正是各种强子熙熙攘攘挤在一起的时代，称为强子时代，当温度下降到1011 K(10-2 s)，只剩下少量的强子，而主要是光子、中微子和电子等轻子，此时称为轻子时代，当温度下降到109 K(102 s)，少量的中子和质子结合成氘核，并很快生成氦核，同时有氘核、氦3等轻核及其他轻核等生成，此时称为核合成原子，此时称为合时代.继续冷却，质子、电子、原子等与光子分离而逐步组成恒星和星系.七、恒星的演化大爆炸10万年后，温度下降到3 000 K 左右，出现了由中性原子构成的宇宙尘埃.由于万有引力作用逐渐凝聚成团块，形成气态的星云团，星云团进一步凝聚收缩，使得动力势能转化为内能，温度升高，温度升到一定程度就开始发光，这样一颗恒星就诞生了.这颗星继续收缩，继续升温，当温度超过107 K 时，氢聚变成氦，向外辐射能量，核能耗尽后就进入末期，末期形态主要有三种：白矮星、中子星和黑洞. 典题·热题知识点一 核聚变例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 01B.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，即变化之前应至少有两种核，四个选项中只有选项B 符合要求.答案：B例2 使两个氘核发生聚变生成一个氦核，放出多少核能？解析：聚变的核反应式为2H 21→He 42，先查出氘核和氦核的质量m D =2.014 102 u ，m He =4.002 603 u ，然后根据核反应前后的质量亏损，用质能方程算出释放的核能.答案：核反应前后的质量亏损为Δm=2m D -m He =2×2.014 102 u -4.002 603 u=0.025 601 u ，释放的核能为ΔE=0.025 601×931.5 MeV=23.84 MeV.巧解提示 也可先查出氘核和氦核的平均结合能，E D =1.11 MeV ，E He =7.07 MeV ，采用先拆散后结合的方法，即先把2个氘核分解成4个自由核子(2个中子和2个质子)需提供的能量为E 1=4×1.11 MeV=4.44 MeV，再使4个自由核子结合成氦核时释放出的能量为E 2=4×7.07 MeV=28.28 MeV，比较前后两个过程中释放的结合能，则两个氘核发生聚变生成一个氦核时，放出的核能为ΔE=E 2-E 1=28.28 MeV-4.44 MeV=23.84 MeV.知识点二 核聚变与其他知识综合例3 太阳能资源，不仅包括直接投射到地球表面上的太阳辐射源，而且也包括像所有矿物燃料能、水能、风能、海洋能、潮汐能等间接的太阳能资源，还应包括绿色植物的光合作用固定下来的能量，即生物能，严格地说，除了地热能和原子核能以外，地球上所有其他能源全部来自太阳能，这也称为“广义太阳能”，以便与仅指太阳辐射能的“狭义太阳能”相区别.(1)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，这种核反应释放出的能量就是太阳能的能源，其核反应方程是_______________________________；若ｍH =1.007 3 u ，ｍHe =4.002 6 u ，ｍe =0.000 55 u ，则该反应中的质量亏损是________________u ；如果1 u 相当于931.5 Me Ｖ的能量，由该反应中释放的能量是___________________Me Ｖ.由于核反应中的质量亏损，太阳的质量缓慢减少，与现在相比，在很久很久以前，地球转的周期___________________.(填“较长”“较短”“没有变化”)(2)利用光电转换可以将太阳能转化为电能.若地球附近某太空站上的太阳能电池接收板的面积是S ，光电转化效率为η.已知太阳辐射的总功率为P ，太阳辐射穿过太空的能量损失忽略不计，光速为c ，太阳光射到地球上经历的时间为t ，试求该太阳能电池能够输出的最大电功率.解析：(1)4H 11→He 42+2e 01+，核反应的质量亏损为Δｍ=4ｍH -ｍHe -2ｍe =4×1.007 3 u -4.002 6 u-2×0.000 55 u=0.025 5 u. 该核反应释放的能量为ΔE=0.025 5×931.5 Me Ｖ=23.75 Me Ｖ.在很久很久以前，太阳的质量比现在大，太阳和地球间的万有引力比现在的大，由F=m(T π2)2r ，可知很久很久以前，地球公转的周期较短.(2)以太阳为中心，日地间距离r 为半径做一个球面.其表面积S 球=4πr 2，r=ct.设接收板上获得的辐射功率为P′，当其正对太阳光时，获得功率最大，则P′/P=S/S 球联立求解可得P′=224t c PS π， 太阳能电池能够输出的最大电功率为P m =ηP′=224t c PS πη. 答案：(1)4H 11→He 42+2e 01+ 0.0255 u 23.75 MeV 较短 (2)以太阳为中心，日地间距离r 为半径做一个球面.其表面积S 球=4πr 2，r=ct.设接收板上获得的辐射功率为P′，当其正对太阳光时，获得功率最大，则p′/p=S/S 球联立求解可得P′=224t c PS π. 太阳能电池能够输出的最大电功率为P m =ηP′=224tc PS πη. 巧解提示 构建物理模型，将太阳辐射的能量看作照射到以太阳为中心，以日地之间距离为半径的球面上，太阳能接收板只是接收其中的一部分.例4 两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素).已知氘核的质量ｍD =2.013 6 u ，氦核质量m He =3.015 u ，中子质量m n =1.008 7 u.(1)写出聚变方程并算出释放的核能；(2)若反应前两氘核的动能均为E kD =0.35 MeV ，它们正面对撞发生核聚变，且反应后释放的核能全部转变为动能，则反应产生的氦核和中子的动能各为多少？解析：根据题中给出的条件，可算出质量亏损，运用质能方程可求出，也可由1 u 相当的能量求出.把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守恒.由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量为零.对撞前后总能量也是守恒的.根据反应前后系统的总动量守恒、总能量守恒可求出氦核和中子的动能.(1)聚变的核反应方程为 2H 21→He 32+n 10.这个核反应中的质量亏损为：Δm =2m D -(m He +m n )=(2×2.013 6-3.015 0-1.008 7) u=0.003 5 u.释放的核能为ΔE=0.003 5×931.5 MeV=3.26 MeV.(2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守恒.由于反应前两氘核动能相同，其动量等值反向，因此反应前后系统的总动量恒为零，即0=m He v He +m n v n ①又由于反应前后总能量守恒，故反应后氦核和中子的总动能为： 21m He v He 2+21m n v n 2=ΔE+2E kD ② 因为m He ∶m n =3∶1，所以氦核和中子的速率之比为：v H e /v n =1/3.把这两个关系式代入②式得ΔE+2E kD =4×21m He v He 2=4E kHe . 即(3.26 + 2×0.35)MeV=4E kHe .得氦核的动能和中子的动能分别为：E kHe =41(3.26+2×0.35)MeV=0.99 MeV， E kn =3E kHe =2.97 MeV.误区警示 该题常犯错误在于运用能量守恒定律解题时没有将核反应过程中与原子核质量增减对应的能量吸收考虑进去，而认为作用后的总动能等于作用前的总动能.问题·探究思维发散探究问题1 聚变与裂变的区别有哪些？探究思路：可以从原理、放出能量的大小、废料处理、两种反应的可控制性等方面比较得出.1.原理不同重核的裂变是重核裂变成几个中等质量的原子核，放出能量，而聚变是几个轻核聚变(结合)成一个中等质量的原子核，放出巨大的能量.2.放出能量的大小不同重核裂变时，平均每个核子释放的能量约为1 MeV ，而轻核的聚变，平均每个核子释放出3 MeV 以上的能量，即聚变比裂变能放出更多的能量.3.废料处理难度不同裂变产生的废料处理起来比较困难，而热核反应的废料处理要简单得多.4.“燃料”的丰富程度不同热核反应所需要的“燃料”——氘在地球上非常丰富，1 L 海水中大约有0.03 g 氘，如果用来进行热核反应，放出的能量约和燃烧300 L 汽油相当，而裂变燃料——铀在地球上储量有限，尤其是用于核裂变的铀235，在铀矿中仅占0.7%，相比起来聚变的燃料——氘要丰富得多，我国是一个“贫铀”国家，贮藏量不多.5.两种反应的可控制性不同裂变反应速度可以比较容易地进行人工控制，因此，现在国际上的核电站都是利用裂变放出能量，而聚变反应的可控制性比较困难，世界上许多国家都积极研究可控热核反应的理论和技术.我国可控热核反应的研究情况是：1984年9月，我国自行研制的可控热核反应实验装置“中国环流一号”顺利启动.1994年，具有国际先进水平的可控热核反应实验装置“HT7超导托卡马克”已安装调试成功，我国研究可控热核反应方面已经具有一定的实力.探究结论:观点一：原理不同观点二：放出能量的大小不同观点三：废料处理难度不同观点四：“燃料”的丰富程度不同观点五：两种反应的可控制性不同交流讨论探究问题2 为什么轻核聚变和重核裂变都会释放能量?探究过程:孙雷：可以从核子的平均结合能上看，如图19-7-1.图19-7-1 核平均结合能随质量数从图中可以看出，铁的平均结合能最大，也就是核子结合成铁或铁附近的原子核时，每个核子平均放出的能量大.因此可知两个比铁轻的原子核结合时，或比铁重的重核分裂时，都要放出能量.李扬：也可以根据核子的平均质量图分析，如图19-7-2.由图中可以看出，铁原子核子的平均质量最小，如果原子序数较大的A裂变成B或C，或者原子序数较小的D和E结合成F核，都会有质量亏损，根据爱因斯坦质能方程，都要放出能量.图19-7-2探究结论:从以下两个角度：核子的平均结合能，根据核子的平均质量都可以说明轻核聚变和重核裂变都会释放能量.2019-2020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1．一列向右传播的横波在t=0时的波形如图所示，A、B两质点间距为8m，B、C两质点平衡位置的间距为3m，当t=1s时，质点C恰好通过平衡位置，该波的波速可能为（）A．13m/s B．3m/sC．5m/s D．11m/s2．一列简谐横波沿x轴传播，图（甲）是t=0时刻的波形图，图（乙）是x=1.0m处质点的振动图像，下列说法正确的是（）A．该波的波长为2.0m B．该波的周期为1sC．该波向x轴正方向传播D．该波的波速为2.0m/s3．对磁现象的研究中有一种“磁荷观点”．人们假定，在N极上聚集着正磁荷，在S极上聚集着负磁荷．由此可以将磁现象与电现象类比，引入相似的概念，得出一系列相似的定律．例如磁的库仑定律、磁场强度、磁偶极矩等．在磁荷观点中磁场强度定义为：磁场强度的大小等于点磁荷在该处所受磁场力与点磁荷所带磁荷量的比值，其方向与正磁荷在该处所受磁场力方向相同．若用H表示磁场强度，F表示点磁荷所受磁场力，q m表示磁荷量，则下列关系式正确的是（）A．F=B．H=C．H=Fq m D．q m=HF4．如图，物体C放在水平面上，物体B放在C上，小球A和B之间通过跨过定滑轮的细线相连，若与物体B连接的悬线竖直、两滑轮间的线水平，且不计滑轮与细线的质量、滑轮轴上的摩擦、滑轮与线间的摩擦，把A拉到某位置（低于滑轮）由静止释放使A在竖直平面内摆动，在A摆动的过程中B、C始终不动，下列说法中正确的是（）A ．物体C 对B 的摩擦力方向有时有可能沿斜面向下B ．物体C 对B 的摩擦力有时可能为零C ．地面对C 的摩擦力有时不为零D ．物体C 对地面的压力有时可以等于B 、C 重力之和5．如图甲所示，线圈abcd 固定于分布均匀的磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里。
高中物理第十九章课时7核聚变粒子和宇宙对点练+巩固练含解析新人教版选修3_5
课时7 核聚变粒子和宇宙一、选择题1．2015年7月3日，从日本名古屋飞往檀香山的全球最大太阳能飞机“阳光动力2号”降落在美国夏威夷州首府檀香山的机场。
太阳不断地向外辐射能量，仍保持1千万摄氏度以上的高温，其主要原因是太阳内部进行着剧烈的( )A．衰变反应B．人工核反应C．裂变反应D．热核反应答案D解析太阳的内部时刻都在进行着氢核的聚变，即热核反应，故D正确。
2．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摄氏度以上的高温D．用γ光子照射答案C解析轻核聚变反应时核子之间距离达到10－15m，要使它们接近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力，用中子轰击，γ光子照射和保持室温、增大压强都达不到，故A、B、D 错误；当把物质加热到几百万摄氏度的高温时，一部分原子核具有足够的动能克服库仑斥力撞到一起发生核聚变反应，故C正确。
3．宇宙诞生过程中，产生如下粒子：①光子、中微子、电子等大量轻子；②氘核、氚核、氦3、氦核等轻核；③夸克、轻子、胶子等粒子；④质子和中子等强子；⑤电子、质子、氦核的混合电离气体；⑥电子、质子复合成为中性氢原子。
根据宇宙大爆炸理论，以上粒子形成的先后顺序是( )A．①②③④⑤⑥B．③①④②⑤⑥C．③④①②⑤⑥D．①③④②⑥⑤答案C解析根据宇宙大爆炸理论，宇宙形成之初是粒子家族，其后产生了夸克、轻子、胶子等粒子，然后按强子时代、轻子时代、核合成时代、混合电离气体、中性氢原子的顺序演化，故C正确。
4．原子核聚变可望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621H→k42 He＋d11H＋210n＋43.15 MeV，由平衡条件可知( )A．k＝1，d＝4 B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6 D．k＝2，d＝3答案 B解析 根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知⎩⎪⎨⎪⎧ 2k ＋d ＝64k ＋d ＋2＝12，解得⎩⎪⎨⎪⎧ k ＝2d ＝2，B 正确。
【步步高 学案导学设计】2014-2015学年高中物理 第十九章 第7节-第8节 核聚变 粒子和宇宙
第7节核聚变第8节粒子和宇宙1．两个轻核结合成质量较大的核的反响叫________，轻核聚变反响必须在______下进展，因此又叫热核反响．核聚变反响举例：21H＋31H→________＋10n＋17.6 MeV.聚变的特点：在消耗一样质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂变能__________的能量．热核反响一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠________的热就可以使反响继续下去．2．聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变__________：一样质量的核燃料，聚变反响产生的能量较多．(2)地球上聚变燃料的储量______．地球上的河流、湖泊、海洋中的水中含有丰富的__________，反响中所用的氚可以用______制取，而______在地球上也有很大的储量．(3)轻核聚变更为安全、清洁．聚变反响产生的____________没有放射性，放射性废物主要是泄漏的氚和聚变时产生的高速______、______与其他物质反响而生成的放射性物质，比裂变反响堆生成的废物________、容易处理．3．粒子的概念(1)“根本粒子〞不根本①传统的“根本粒子〞：光子、______、质子和______．②“根本粒子〞不根本的原因科学家们逐渐发现了数以百计的__________的新粒子．科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的__________．(2)发现新粒子①新粒子：1932年发现了________，1937年发现________，1947年发现K介子和π介子与以后发现的超子、反粒子等．②分类：按照粒子与各种相互作用的关系，可将粒子分为：强子、轻子和________．(3)夸克模型①夸克模型的提出：1964年美国物理学家提出了强子的夸克模型，认为强子是由______ 构成的．②分类：上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克；它们带的电荷分别为元电荷的__________或____________，每种夸克都有对应的__________．③意义：电子电荷不再是电荷的______________，即存在分数电荷．【概念规律练】知识点一轻核聚变1．如下关于聚变的说法中，正确的答案是()A．要使聚变产生，必须抑制库仑斥力做功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响C．原子弹爆炸能产生几百万开尔文的高温，所以氢弹可利用原子弹引发热核反响D．太阳和许多恒星内部都在激烈地进展着裂变反响2．现有三个核反响：①2411Na→2412Mg＋0－1e②235 92U ＋10n→144 56Ba ＋8936Kr ＋310n ③21H ＋31H→42He ＋10n如下说法正确的答案是( )A ．①是裂变，②是β衰变，③是聚变B ．①是聚变，②是裂变，③是β衰变C ．①是β衰变，②是裂变，③是聚变D ．①是β衰变，②是聚变，③是裂变3．关于聚变，以下说法正确的答案是( )A ．两个轻原子核聚变为一个质量较大的原子核比一个重核分裂成两个中等质量的原子 核放出的能量大很多倍B ．一定质量的聚变物质聚变时放出的能量比一样质量的裂变物质裂变时释放的能量大 很多倍C ．聚变发生的条件是聚变物质的体积要大于临界体积D ．发生聚变反响时，原子核必须有足够大的动能 知识点二 对粒子的认识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 宙的某些局部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 ．由一带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成5．目前普通认为，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 电荷量为23e ，d 夸克带电荷量为－13e ，e 为元电荷．如下论断可能正确的答案是( )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6．在β衰变中常伴有一种称为“中微子〞的粒子放出．中微子的性质十分特别，因此在 实验中很难探测.1953年，莱尼斯和柯文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统， 利用中微子与水中1H 的核反响，间接地证实了中微子的存在． (1)中微子与水中的1H 发生核反响，产生中子(10n)和正电子( 0＋1e)，即 中微子＋1H→10n ＋ 0＋1e 可以判定，中微子的质量数和电荷数分别是________．(填写选项前的字母) A ．0和0 B ．0和1 C ．1和0 D ．1和1(2)上述核反响产生的正电子与水中的电子相遇，与电子形成几乎静止的整体后，可以转 变为两个光子(γ)，即 0＋1e ＋ 0－1e→2γ正电子和电子的质量都为9.1×10－31 kg ，反响中产生的每个光子的能量约为 __________J ．正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子，原因是_________． (3)试通过分析比拟，具有一样动能的中子和电子的物质波波长的大小．【方法技巧练】轻核聚变有关核能的计算方法7．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4×1026 J，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 kgB．1018 kgC．1013 kgD．109 kg8．两个氘核结合成一个氦核，氘核质量为2.014 1 u，氦核质量为4.002 6 u.(1)写出核反响方程；(2)求出1 kg氘完全结合成氦时可以释放出的能量．(阿伏加德罗常数NA＝6.0×1023 mol －1，M氘＝2 g·mol－1)1．如下说法中正确的答案是()A．日前还未发现媒介子、轻子和夸克这三类粒子的内部结构B．自然界存在着能量守恒定律、动量守恒定律与电荷守恒定律，对根本粒子不适用C．反粒子与其对应的粒子相遇时，会发生湮灭现象D．强子是参与强相互作用的粒子，质子是最早发现的强子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．氦核、氚核、氦子等轻核3．如下核反响中属于核聚变的是() A.21H＋31H→42He＋10nB.23490Th→23491Pa＋1eC.23592U＋10n→13954Xe＋9538Sr＋210nD.117N＋42He→178O＋1H4．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→21H＋42He.关于32He聚变如下表述正确的是()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5．关于轻核的聚变，如下表示中正确的答案是()A．把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反响，称为聚变B．轻核的聚变必须在几百万开尔文的高温下才能进展C．聚变比裂变能释放更多的能量D．一个氘核和氚核结合成一个氦核时，平均每个核子放出的能量，比裂变反响中平均每个核子放出的能量要大6．氘核(21H)和氚核(31H)聚合成氦核(42He)的核反响方程为21H＋31H→42He＋10n，设氘核的质量为m1，氚核的质量为m2，氦核的质量为m3，中子的质量为m4，如此反响过程放出的能量为()A．(m1＋m2－m3)c2 B．(m1＋m2－m4)c2C．(m1＋m2－m3－m4)c2 D．(m4＋m3－m1－m2)c27．氘和氚发生聚变反响的方程式是21H＋31H→42He＋10n＋17.6 MeV，假设有2 g氘和3 g氚全部发生聚变，NA为阿伏加德罗常数，如此释放的能量是()A．NA×17.6 MeV B．5NA×17.6 MeVC．2NA×17.6 MeV D．3NA×17.6 MeV8．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)如下说法正确的答案是()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组成图19．阿尔法磁谱仪(简称AMS)，是人类送入太空的第一台磁谱仪，其核心局部是中国研制的一台用铷铁硼材料制成的大型永磁体．AMS将在太空中寻找反物质、暗物质等，来回答有关宇宙起源的重要问题．反物质是指由质量一样但电荷符号相反的反电子(即正电子)、反质子和反中子组成的反原子构成的物质．AMS原理是利用这些物质的粒子在磁场中运动时表现出的不同特点来探测的．如图1所示，是三种等速粒子在永磁体形成的磁场内的运动轨迹，下面对这三种粒子判断可能正确的答案是()A．a粒子是反质子，b粒子是反电子B．a粒子是反质子，c粒子是反电子C．b粒子是反质子，c粒子是反电子D．c粒子是反质子，b粒子是反电子图210．K－介子衰变的方程为K－→π－＋π0，其中K－介子和π－介子是带负电的基元电荷，π0介子不带电．如图2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，它们的半径RK－与Rπ－之比为2∶1.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．1∶1 B．1∶2 C．1∶3 D．1∶6题1 2 3 4 5 6 7 8 9 10号答案11.氘核质量为2.014 1 u，氚核质量为3.016 0 u，氦核质量为4.002 6 u，中子的质量为1.008 7 u，试计算聚变反响21H＋31H→42He＋10n中，平均每个核子放出的核能大小．12.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素)．氘核质量mD ＝2.013 6 u ， 氦核质量mHe ＝3.015 0 u ，中子质量mn ＝1.008 7 u. (1)写出聚变方程并算出释放的核能．(2)假设反响前两氘核的动能均为EkD ＝0.35 MeV .它们正面对撞发生聚变，且反响后释放的 核能全部转变为动能，如此反响产生的氦核和中子的动能各为多大？第7节 核聚变 第8节 粒子和宇宙 课前预习练1．核聚变 高温 42He 产生更多 自身产生2．(1)产能效率高 (2)丰富 氘 锂 锂 (3) 氦 中子 质子 数量少 3．(1)①电子 中子 ②不同种类 复杂的结构(2)①正电子 μ子 ②媒介子 (3)①夸克 ②＋23 －13反夸克 ③最小单元课堂探究练1．BC [聚变反响时核子之间距离达到10－15 m ，要使它们接近到这种程度，有一种方法就是把它们加热到几百万开尔文的高温，故A 错误，B 正确．氢弹爆炸就是利用普通炸药引爆原子弹，再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸，故C 正确．热核反响比拟普遍，太阳和许多恒星内部都在激烈地进展着热核反响，D 错误．]2．C [原子核的变化通常包括衰变、人工转变、裂变和聚变．衰变是指原子核放出α粒子和β粒子后，变成新的原子核的变化，像此题中的核反响①；原子核的人工转变是指原子核在其它粒子的轰击下变成新的原子核的变化；裂变是重核分裂成质量较小的核，像核反响②；聚变是轻核结合成质量较大的核，像核反响③；综上所述，C 项正确．]3．BD [一个重核裂变释放的能量大于两个轻核聚变时释放的能量．如一个铀235核裂变成锶和氙，释放141 MeV 能量，一个氘核和一个氚核聚变成一个氦核，只释放17.6 MeV 能量，但轻核的每个核子平均释放的能量(3.52 MeV)大于重核的每个核子平均释放的能量(0.6 MeV)．一定质量的轻核数目远大于同质量的重核的数目．所以一定质量的轻核聚变释放的能量远大于同质量的重核裂变释放的核能． 只有在几百万开尔文高温下，原子核获得足够的动能，才能抑制相互间库仑斥力而互相靠近，当两原子核距离靠近到小于2×10－15 m 时，就会在核力的作用下聚合成一个原子核．] 4．B [氢原子是由质子和电子构成，那么反氢原子也应由它们的反粒子构成，即反质子和反电子，因此B 正确，A 、C 、D 错．]5．B [质子带电荷量为e ，中子不带电，组成质子的u 夸克和d 夸克带电荷量之和应等于质子的电荷量，组成中子的u 夸克和d 夸克所带电荷量之和应等于中子的电荷量，即为零．] 6．(1)A (2)8.2×10－14 碰撞过程中遵循动量守恒 (3)λn<λe解析 (1)在核反响中，由质量数和电荷数守恒可知A 正确． (2)2mc2＝2E E ＝mc2＝8.2×10－14 J ，在碰撞过程中遵循动量守恒，如果是产生一个光子，合动量为零，光子的速度为零，与实际光子的运动状况矛盾． (3)粒子的动量p ＝2mEk物质波的波长λ＝hp由mn>me ，知pn>pe ，如此λn<λe7．D [由爱因斯坦质能方程ΔE ＝Δmc2得：Δm ＝ΔEc2＝4×10263.0×1082kg≈4×109 kg.D 正确．]8．(1)21H ＋21H→42He (2)3.58×1027 MeV解析 此题可先求出一对氘核结合成一个氦核时放出的能量，再求出1 kg 氘内有多少对氘核，二者的乘积就是1 kg 氘完全结合成氦时放出的能量． (1)核聚变反响的方程为：21H ＋21H→42He(2)两个氘核结合成一个氦核时的质量亏损为： Δm ＝2×2.014 1 u －4.002 6 u ＝0.025 6 u 如此ΔE ＝Δmc2＝0.025 6×931.5 MeV ＝23.85 MeV 又1 kg 氘中含有氘核的对数：n ＝12×⎝⎛⎭⎫1 kg M 氘×NA ＝12⎝⎛⎭⎫1 000 g2 g·mol －1×6.0×1023 mol －1＝1.5×1026 1 kg 氘完全结合成氦时可以释放出的能量E ＝nΔE ＝1.5×1026×23.85 MeV＝3.58×1027 MeV 课后巩固练1．ACD [媒介子、轻子和夸克在现代实验中还没有发现其内部结构，故A 正确．粒子与其反粒子带等量异种电荷，反粒子与其对应的粒子相遇时会发生湮灭现象，故C 正确．质子是最早发现的强子，故D 正确．] 2．A3．A [A 项是轻核聚变，B 项是衰变，C 项是裂变；D 项是人工转变．]4．B [聚变反响存在质量亏损，由爱因斯坦质能方程E ＝mc2知，无论轻核的聚变还是重核的裂变，只要有质量亏损就会释放核能，A 、C 项错误；核反响必定要产生新的原子核，在该反响中32He 聚变产生了1H 和42He ，B 项正确；目前核电站采用的是裂变反响，D 项错误．] 5．ABD 6.C 7．A [由核反响方程可知1个氘核和1个氚核聚变成氦核时放出17.6 MeV 能量和1个中子，如此1 mol 的氘和1 mol 氚全部聚变成1 mol 氦核时释放的能量为ΔE ＝NA×17.6 MeV.] 8．AD9．C [首先由左手定如此可知，向左偏转的粒子带正电，向右偏转的粒子带负电，根据R ＝mvqB可知，等速的反质子比反电子的运动半径大；反质子带负电，反电子带正电，由此可得：b 可能为反质子，c 可能为反电子．]10．C [由题意与图示可知K －介子的初动量方向向下，衰变后产生的π－介子动量方向向上．据带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径公式 r ＝mv/Bq ，得mv ＝Bqr ，因此|pK －|∶|pπ－|＝BeRK －∶BeRπ－＝2∶1 以向下方向为正方向，如此 pK －＝2p ，pπ－＝－p据动量守恒定律，K －介子衰变中，pK －＝pπ－＋pπ0 2p ＝－p ＋pπ0pπ0＝3p ，其方向向下因此，π－与π0的动量大小之比为1∶3，选项C 正确．]11．3.52 MeV解析 根据聚变反响方程，算出反响过程中的质量亏损，然后利用爱因斯坦质能方程求出聚变反响放出的核能，再除以质量数便得答案． 聚变以前： 聚变以后： 21H ：2.014 1 u 42He ：4.002 6 u 31H ：3.016 0 u 5.030 1 u 10n ：1.008 7 u5.011 3 u质量亏损Δm ＝5.030 1 u －5.011 3 u ＝0.018 8 u 放出核能ΔE ＝Δmc2 ＝0.018 8×1.66×10－27× 3.00×10821.60×10－19eV＝17.6 MeV平均每个核子释放的能量为17.6 MeV5＝3.52 MeV 12．(1)3.26 MeV (2)0.99 MeV 2.97 MeV 解析 (1)聚变的核反响方程为 221H→32He ＋10n这个核反响中的质量亏损为 Δm ＝2mD －(mHe ＋mn) ＝(2×2.013 6－3.015 0－1.008 7) u ＝0.003 5 u 释放的核能为 ΔE ＝0.003 5×931.5 MeV ＝3.26 MeV(2)把两个氘核作为一个系统，对撞过程中动量守恒．由于反响前两氘核动能一样，其动量等值反向，因此反响前后系统的总动量恒为零，即 0＝mHevHe ＋mnvn ①又由于反响前后总能量守恒，故反响后氦核和中子的总动能为12mHev2H e ＋12mnv2n ＝ΔE ＋2EkD②因为mHe ∶mn ＝3∶1，所以氦核和中子的速率之比vHe vn ＝13把这两个关系代入②式得 ΔE ＋2EkD ＝4×12mHev2H e ＝4EkHe即(3.26＋2×0.35) MeV ＝4EkHe 得氦核的动能和中子的动能分别为 EkHe ＝14(3.26＋2×0.35) MeV ＝0.99 MeVEkn ＝3EkHe ＝2.97 MeV。
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已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31kg,反应中产生的每个 光子的能量约为________J。正电子与电子相遇不可能只转变 为一个光子,原因是____________________________。
质量数 和_______ 电荷数 守恒。 【解题探究】(1)核反应过程中,_______
质能方程 可以计算光子 (2)正电子和负电子相遇后湮灭,根据_________
媒介 子
传递各种相 光子、中间玻 互作用 色子、胶子
2.强子和夸克的关系是怎样的?夸克分多少种?它的带电性是怎 样的?什么是夸克的“禁闭”? 提示:夸克是强子的基本组成成分;夸克有6种:上夸克、下夸 克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克;它们带的电荷分别 为元电荷的 或 ； 每种夸克都有对应的反夸克;夸克不能以 自由的状态单个出现的性质,叫夸克的“禁闭”。
微子、μ 子、 μ 子中微子、 τ 子、τ 子中 微子 光子传递电磁相互作 ___________________ 用、中间玻色子传递 ___________________ 弱相互作用、胶子传 ___________________ 递强相互作用 _____________
内部结构 未发现_________
π+
带电量 +e
π-e
u
d
u
d
1 2 2 1 ＋ e － e － e ＋ e 3 3 3 3
下列说法正确的是
A.π +由u和 d 组成 C.π -由u和 d 组成
(
)
B.π +由d和 u 组成 D.π -由d和 u 组成
【解析】选A、D。根据电荷量关系可知,由于π+介子带有+e的 电量,又由于π+介子是由u夸克和d夸克组成,根据题意可知π+ 介子(+e)应由一个夸克 u( 2 e) 和反夸克 d( 1 e) 合成,同理
2.裂变与聚变的对比: 项目 重核裂变 轻核聚变
放能原理
重核分裂成中等质量的核, 两个轻核结合成质量较 释放核能 大的核,释放核能
产能效率 轻核聚变产能效率比重核裂变高
燃料
铀(地球上储量有限)
主要原料是氘(在地球 上储量丰富)
核废料的 聚变反应的核废料处理要比裂变反应简单得多,轻核 处理难度 聚变更为安全、清洁 可控性 反应速度比较容易进行人 除氢弹外还不能实现人 工控制,目前核电站都是用 工控制 裂变反应释放能量
2 3 1 3
3.什么是反粒子?所有的粒子都存在反粒子吗? 提示:实验发现,许多粒子都有和它质量相同而电荷及其他一些 物理量相反的粒子,叫反粒子。按照粒子的对称性,有一个粒子, 就应该有一个反粒子。
4.“夸克模型”的提出有什么物理意义? 提示:夸克模型的提出是物理学发展史中的一个重大突破,它指 出电子电荷不再是电荷的最小单元,即存在分数电荷。而另一 方面也说明科学正是由于一个一个的突破才得到进一步的发展。
【即时训练】 1.(多选)聚变与裂变相比,下列说法正确的是 A.聚变比裂变产能效率高 B.由于聚变所产生的核能比裂变大得多,故裂变更安全
235 C.原子弹的燃料是 92 U
(
)
D.氢弹的原理是核聚变,需由原子弹来引爆
多。 【解题探究】(1)聚变反应比裂变反应平均每个核子放能___
不具有 放射性,裂变后的 (2)聚变反应后产生的核废料,基本_______
(2)为什么说“基本粒子”不基本? 提示:一方面是因为这些原来被认为不可再分的粒子还有自己 的复杂结构,另一方面是因为新发现的很多种新粒子都不是由 原来认为的那些基本粒子组成的。
主题一
探究核聚变
【问题探究】 1.为什么实现核聚变要使聚变的燃料加热到几百万开尔文的高 温?
提示:(1)微观上:参与反应的原子核必须接近到核力的作用范 围内,约为10-15m这种程度,因而必须使它们具有很大的动能以 克服原子核之间巨大的库仑斥力做功,由原子核的动能转化为 原子核的电势能,使核子之间的核力发生作用,轻核才能聚变成 质量较大的核。 (2)宏观上:要使原子核具有足够大的动能,就得把它加热到几 百万开尔文的高温,才能使聚变反应发生,因此聚变又叫热核反
(
)
B.如果裂变释放能量,则聚变反应必定吸收能量 C.聚变需将反应物加热至数百万度以上高温,显然聚变过程是 吸收能量的 D.裂变与聚变均可释放巨大能量
【解析】选D。从形式上看,裂变与聚变似乎是互为逆反应,但 其实不然,因为二者的反应物与生成物全然不同。裂变是重核 分裂成中等核,而聚变则是轻核聚合成为次轻核,无直接关联, 并非互为逆反应,所以A错误;既然裂变与聚变不是互为逆反应, 则在能量的流向上也不必相反,B项错误;要实现聚变反应,必须 使参加反应的轻核充分接近,需要数百万度高温提供能量。但 聚变反应一旦实现,所释放的能量远大于所吸收的能量。因此, 总的说来,聚变反应还是释放热量,所以C错误,D正确。
【探究总结】 轻子的理解 每种轻子都有对应的反粒子。目前发现的轻子只有6种,其中τ 子的质量比核子的质量还大,但从力的性质上讲,它仍然属于轻 子。
【即时训练】 1.(多选)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 )组成的,它们的带电量 如表所示,表中e为元电荷。
应。
2.与重核的裂变相比聚变有哪些特点?
提示:(1)在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变释
放更多的能量。
(2)热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠自身产生
的热就可以使反应进行下去。
(3)普遍性:热核反应在宇宙的恒星中时时刻刻地进行着,太阳 就是一个巨大的热核反应堆。
3.目前人们实现的核聚变是什么?实现热核反应存在的困难是 什么? 提示:(1)目前人们能实现的热核反应是氢弹的爆炸,是由普通 炸药引爆原子弹,再由原子弹爆炸产生的高温高压引发热核反 应,但这是不可控制的。 (2)实现热核反应存在的困难是:地球上没有任何容器能够经受
的能量。
【解析】(1)发生核反应前后,粒子的质量数和电荷数均不变,
(3)聚变与裂变的对比优点:
产能 效率高; ①轻核聚变_____
丰富 ②地球上聚变燃料的储量_____; 安全、清洁 。 ③轻核聚变更___________
磁约束 和惯性约束。 (4)约束核聚变材料的方法:_______
二、粒子和宇宙 1.发现新粒子: 正电子 μ子 (1)新粒子的发现:1932年发现了_______,1937 年发现了_____, 1947年发现了K介子和π 介子,迄今发现的粒子已达到400多 种。
具有 放射性。 产物_____
【解析】选A、C、D。聚变比裂变的比结合能大,故A正确;在目 前的条件下,在重核的裂变过程中所产生的放射性污染要比轻
235 核聚变时大得多,故B错;原子弹利用的核裂变燃料为 92 U ,氢弹
利用的核聚变需要原子弹来引爆,故C、D正确。
2.以下说法正确的是 A.聚变是裂变的逆反应
3 3
π-介子由夸克d和反夸克 u 构成,A、D项正确。
2.在β 衰变中常伴有一种称为“中微子”的粒子放出。中微子 的性质十分特别,因此在实验中很难探测。1953年,莱尼斯和柯 文建造了一个由大水槽和探测器组成的实验系统,利用中微子 与水中 1 的核反应,间接地证实了中微子的存在。 1H (1)中微子与水中的 1 发生核反应,产生中子 和正电子 (0 （1 1e)， 0 n） 1H
5.人们为什么要研究可控热核反应?或者说实现可控热核反应 的必要性是什么? 提示:实现可控热核反应是有必要的,原因是:由于地球上化石 燃料和裂变材料的储量有限,开发聚变能量非常必要,并且是一 项十分紧迫的任务。各国科学家都在加紧研究,尽快地在地球 上制造出人类自己的“太阳”,缓解甚至消除能源危机的困扰。
主题二
粒子
【问题探究】
1.结合下表分析粒子的分类及特点。 分类 参与的 相互作用 发现的粒子 特 点
强子
参与强相互 质子、中子、 作用 介子、超子
强子有内部结构,由 夸克 构成,强子又可 _____ 介子和重子 分为___________
分类
参与的
相互作用
发现的粒子 电子、Βιβλιοθήκη 子中特点轻子
不参与强相 互作用
宇宙大爆炸 开始。 (1)宇宙的演化从___________
(2)恒星的演化经历了宇宙尘埃,星云团,恒星诞生,最后恒星的 白矮星 、_______ 中子星 或_____ 黑洞 。 热核反应停止后恒星演变为_______
1.判一判: (1)热核反应就是原子核的温度很高的反应。 ( )
(2)聚变与裂变相比有产能效率高、燃料储量丰富和安全清洁 等优点。 ( )
1 0 即:中微子 1 可以判定,中微子的质量数和电荷数 H n 1 0 1 e，
分别是________。(填写选项前的字母) A.0和0 B.0和1 C.1和0 D.1和1
(2)上述核反应产生的正电子与水中的电子相遇,与电子形成几
乎静止的整体后,可以转变为两个光子(γ),即
0 1
e 0 1 e 2。
2 3 (2)核反应举例: 1 H 1 H ______ 1 2 He 0 n 17.6 MeV。 4
2.受控热核反应: (1)定义:为了使巨大的热核反应能量不以爆炸的形式释放,而 人工 控制下逐渐释放出来并加以_____ 利用 的热核反应。 是在_____ 温度 热核反应释放的能量 (2)条件:热核燃料加热到非常高的_____; 足以补偿形成聚变过程中所损失的能量。
住热核反应所需要的高温。
4.如何实现对热核反应的控制?可控热核反应有哪些优点?
提示:(1)可能实现对热核反应的控制方法:
磁约束:利用磁场来约束参加反应的物质。环流器是目前性能
最好的一种磁约束装置。
惯性约束:利用强激光从各个方向照射参加反应的物质,使它们