2015-2016学年高中物理 19.7-19.8核聚变 粒子和宇宙课后习题 新人教版选修3-5
高中物理第十九章原子核七核聚变八粒子和宇宙练习新人教选修
七、核聚变 八、粒子和宇宙1.热核反应是一种理想能源的原因是( )A .就每一个核子平均来说,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 .热核反应的原料在地球上储量丰富D .热核反应的速度容易控制2.一个氘核(21H)与一个氚核(31H)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42HeB .放出能量,生成的新核是42HeC .吸收能量,生成的新核是32HeD .放出能量,生成的新核是32He3.关于粒子,下列说法中正确的是( )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4.现在科学家正在设法寻找“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”组成的,则反α粒子的符号是( )A.42HeB. He 42-C.He 42- D.-4-2He5.下列核反应方程及其表述都正确的是( )A .32He +21H→42He +11H 是聚变反应B .235 92U +10n→141 56Ba +9236Kr +310n 是裂变反应C .21H +31H→42He +10n 是聚变反应D .2411Na→2412Mg +e 01- 是裂变反应6.四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子,释放出2.8×106 eV 的能量.请写出核反应方程. 并计算1 g 氢核完成这个反应后释放的能量.7.历史上第一次利用加速器实现的核反应,是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的A Z X ,生成两个动能均为8.9 MeV 的42He(1 MeV =1.6×10-13 J)(1)写出上述核反应方程;(2)求上述核反应质量亏损.8.下面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 ++ν p +C 136→N 147 p +N 147→O 158O 158→N 157+e ++ν p +N 157→C 126+a.其中p 为质子,a 为α粒子,e +为正电子,ν为一种中微子.已知质子的质量为m p =1.672648×10-27 kg ,α粒子的质量为m α=6.644929×10-27 kg ,正电子的质量为m e+=9.11×10-31 kg,中微子的质量可忽略不计,真空中的光速c=3.00×108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量.9.已知氘核质量为2.0136 u,中子质量为1.0087 u,32He核的质量为3.0150 u.(1)写出两个氘核聚变成32He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32He核和中子的动能各是多少?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 第七节 核聚变 第八节 粒子和宇宙课时作业(含解析)新人教版选修3-5-
第八节粒子和宇宙根底夯实一、选择题(1~3题为单项选择题,4、5题为多项选择题)1.国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号〞月面虹湾局部影像图,如下列图。
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( B )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:聚变反响是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核,聚变过程会有质量亏损,要放出大量的能量。
但目前核电站都采用铀核的裂变反响。
综上所述,选项B正确。
2.2010年3月31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。
科学家希望以接近光速飞行的质子在发生撞击之后,能模拟宇宙大爆炸的能量,并产生新的粒子,帮助人类理解暗物质、反物质以与其他超对称现象,从根本上加深了解宇宙本质,揭示宇宙形成之谜。
欧洲科研机构宣布他们已经制造出9个反氢原子。
请推测反氢原子的结构是( B ) 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解析:根据反粒子定义,“反粒子〞与“正粒子〞具有一样的质量,但带有等量的异性电荷。
因此“反氢原子〞应该具有与氢原子一样的质量,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。
3.2002年,美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》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局部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,正确的答案是( B )①假设发现μ子和中微子的运动方向一致,如此τ子的运动方向与中微子的运动方向一定相反②假设发现μ子和中微子的运动方向一致,如此τ子的运动方向与中微子的运动方向可能一致③假设发现μ子和中微子的运动方向相反,如此τ子的运动方向与中微子的运动方向一定一致④假设发现μ子和中微子的运动方向相反,如此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定律。
核聚变 粒子和宇宙 每课一练(含解析) (2)
19.7、8核聚变 粒子和宇宙 每课一练(人教版选修3-5)【课堂训练】1.(2012·广东高考)能源是社会发展的基础,发展核能是解决能源问题的途径之一,下列释放核能的反应方程,表述正确的有( ) A.32411120H H He n +→+是核聚变反应B.32411120H H He n +→+是β衰变C.235114489192056360U n Ba Kr 3n +→++是核裂变反应D.235114094192054380U n Xe Sr 2n +→++是α衰变2.下列关于聚变的说法中,正确的是( )A.要使聚变发生,必须克服库仑斥力做功B.轻核聚变需要几百万度的高温,因此轻核聚变又叫做热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万度的高温,所以氢弹利用原子弹引发热核反应D.太阳和许多恒星内部都在进行着剧烈的热核反应3.(2012·台州高二检测)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,如果相关技术研究成功,将为地球带来取之不尽的能源。
关于氦3与氘核聚变,下列说法中正确的是( )A.核反应方程为32412121He H He H +→+B.核反应生成物的质量将大于参加反应物质的质量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 )与氘核发生聚变反应将放出能量4.已经证实,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 2 e/3,下夸克带电为-e/3,e 为电子所带电量的大小。
如果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 =1.5×10-15 m 。
试计算质子内相邻两个夸克之间的静电力(库仑力)。
【课后巩固】1.(2012·丰台高二检测)太阳内部持续不断地发生着热核反应, 质量减少,核反应方程是14124H He 2X →+,这个核反应释放出大量核能。
新人教版选修3-5《197_198_核聚变_粒子和宇宙》课时训练物理试卷有答案
新人教版选修3-5《19.7 19.8 核聚变粒子和宇宙》课时训练物理试卷一、课前预练习1. 两个轻核结合成质量较大的核的反应叫________,轻核聚变反应必须在________下进行,因此又叫热核反应。
核聚变反应举例:12H+13H→________+01n+17.6MeV.聚变的特点:在消耗相同质量的核燃料时,轻核聚变比重核裂变能________的能量。
热核反应一旦发生,就不再需要外界给它能量,靠________的热就可以使反应继续下去。
2. 聚变与裂变相比有很多优点(1)轻核聚变________:相同质量的核燃料,聚变反应产生的能量较多。
(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________,反应中所用的氚可以用________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。
聚变反应产生的________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________、________与其他物质反应而生成的放射性物质,比裂变反应堆生成的废物________、容易处理。
3. 粒子的概念(1)“基本粒子”不基本①传统的“基本粒子”:光子、________、质子和________。
②“基本粒子”不基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介子及以后发现的超子、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________。
高中物理 19.719.8核聚变 粒子和宇宙课后习题 新人教版选修35
7 核聚变8 粒子和宇宙A组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摄氏度以上的高温D.用γ光子照射解析:轻核聚变需要几百万摄氏度以上,使核子间的距离达到10-15 m以内,核力发生作用发生聚变反应,选项C正确。
答案:C2.下列关于聚变的说法中,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摄氏度的高温,因此聚变又叫热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹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解析:聚变时,要使轻核之间的距离达到10-15 m,所以必须克服库仑斥力做功,选项A正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。
实验证明,原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的,选项B、C正确;在太阳和许多恒星内部存在着热核反应,选项D正确。
答案:ABCD3.1964~1967年,我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功。
下列核反应方程中属于原子弹和氢弹基本反应方程式的是()A.NBLiHeCSrXe+1nDHen解析:原子弹内部发生的是裂变反应,氢弹内部发生的是聚变反应,选项C、D正确。
答案:CD4.如图所示,中子内有一个电荷量为+e的上夸克和两个电荷量为-e的下夸克,这一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上,如图给出的四幅图中,能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()解析:本题考查的是库仑力的大小、方向及力的合成,明确每个夸克皆受两个力的作用。
电荷量为+e的上夸克受两个下夸克的吸引力,合力的方向一定向下,对其中一个夸克,受力如图所示,由于F+的水平分力与F-大小相等,方向相反,故F+与F-的合力竖直向上。
答案:B5.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。
课时作业9:19.7-19.8 核聚变 粒子和宇宙
7核聚变8粒子和宇宙一、选择题考点一对核聚变的理解1.(多选)在某次核反应中,1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核,则下列说法中正确的是()A.这是一个聚变反应B.核反应方程式为21H+31H→42He+10nC.目前核电站都采用上述核反应发电D.该核反应没有质量亏损答案AB解析1个氘核和1个氚核结合生成1个氦核,反应方程为21H+31H→42He+10n,这是聚变反应,故A、B正确;目前核电站采用核裂变发电,故C错误;该反应放出热量,所以一定有质量亏损,故D错误.2.(多选)热核反应是一种理想能源的理由是()A.就平均每一个核子来说,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.热核反应的原料在地球上储量丰富D.热核反应的速度容易控制答案ABC解析实践表明,热核反应中平均每个核子比裂变反应中平均每个核子放出的能量要大3~4倍,且其原料为氢的同位素,在地球上的储量极为丰富,其放射性污染也较裂变轻,但是目前人们还不能控制热核反应,不能和平利用反应时释放的核能.3.如图1所示,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kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词.根据以上信息,下列判断中错误的是()图1A.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.线圈的作用是通电时产生磁场使带电粒子在磁场中旋转而不飞出C.这种装置是科学家设想的其中一种方案D.该装置是利用聚变物质的惯性进行约束答案 D解析聚变反应原料在装置中发生聚变,放出能量,故A对;线圈通电时产生磁场,带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不飞出,故B对;该装置是科学家设想的其中一种方案:磁约束装置,另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束,故C对,D错.4.(多选)关于核反应的类型,下列表述正确的有()A.238 92U→234 90Th+42He是α衰变B.14 7N+42He→17 8O+11H是β衰变C.21H+31H→42He+10n是轻核聚变D.8234Se→8236Kr+20-1e是重核裂变答案AC5.(多选)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21H+31H→42He+10nB.“人造太阳”的核反应方程是235 92U+10n→141 56Ba+9236Kr+310nC.核燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量比裂变反应大得多D.核燃料的质量相同时,聚变反应释放的能量与裂变反应相同答案AC解析21H+31H→42He+10n是轻核聚变方程,故A项正确;根据轻核聚变特点,相同质量的核燃料,轻核聚变释放的能量比裂变反应释放的能量大得多,故选项C正确.6.现在太阳向外辐射的能量是由于太阳内部氢核聚变产生的,大约在40亿年以后太阳内部将会启动另一种核反应,其核反应方程为:42He+42He+42He→12 6C,到那时太阳向外辐射的能量是由上述两种核反应共同产生的.已知42He的质量为m1,12 6C的质量为m2,则下列判断正确的是()A.3m1>m2B.3m1<m2C.3m1=m2D.m1=3m2答案 A解析由于发生上述核聚变时释放核能,根据爱因斯坦质能方程可知,该反应存在质量亏损,所以3m1>m2,选项A正确.7.当两个中子和两个质子结合成一个α粒子时,放出28.3 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()A.21.04 MeV B.35.56 MeVC.77.64 MeV D.92.16 MeV答案 D解析6个中子和6个质子可结合成3个α粒子,放出能量3×28.3 MeV=84.9 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,释放的能量为84.9 MeV+7.26 MeV=92.16 MeV.考点二粒子与宇宙8.(多选)下列说法中正确的是()A.质量相同而电荷等值、电性相反的粒子是反粒子B.光子是传递电磁相互作用的,属于媒介子C.轻子就是质量很轻的粒子D.强子就是参与强相互作用的粒子答案ABD9.为了探究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪”(AMS)将在太空中寻找“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.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个不带电的中子和1个带正电荷的正电子构成答案 B解析氢原子由一个电子和一个质子组成,根据“反物质”和“反粒子”的概念,可知反氢原子由一个带负电荷的反质子和一个带正电荷的正电子构成,故选项B正确,选项A、C、D错误.10.太阳放出的大量中微子向地球飞来,但实验测定的数目只有理论的三分之一,后来科学家发现中微子在向地球传播过程中衰变成一个μ子和一个τ子.若在衰变过程中μ子的速度方向与中微子原来的方向一致,则τ子的运动方向()A.一定与μ子同方向B.一定与μ子反方向C.一定与μ子在同一直线上D.不一定与μ子在同一直线上答案 C解析中微子衰变成μ子和τ子,满足动量守恒定律,由μ子的速度方向与中微子原来的方向一致知,τ子运动方向必定也在这条直线上.二、非选择题11.一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 3 u ,中子质量m n =1.008 7 u ,氚核质量m =3.018 0 u ,1 u 相当于931.5 MeV 的能量.(1)写出聚变方程;(2)求释放出的核能是多大?(结果保留三位有效数字)(3)求平均每个核子释放的能量是多大?答案 (1)11H +210n →31H (2)6.24 MeV (3)2.08 MeV解析 (1)聚变方程为11H +210n →31H(2)质量亏损Δm =m H +2m n -m=(1.007 3+2×1.008 7-3.018 0) u =0.006 7 u释放的核能ΔE =0.006 7×931.5 MeV ≈6.24 MeV(3)平均每个核子释放的能量为6.243MeV =2.08 MeV . 12.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.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 2 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.(结果均保留两位有效数字,一年按3.2×107 s 计算,光速c =3×108 m/s)(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3×105 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.答案 (1)21H +31H →42He +10n (2)2.8×10-12 J (3)23 kg解析 (1)聚变方程为21H +31H →42He +10n (2)ΔE =Δmc 2=(2.014 1+3.016 2-4.002 6-1.008 7)×1.66×10-27×9×1016 J ≈2.8×10-12 J (3)m =2Pt ΔE m D =2×3×108×3.2×107×2.014 1×1.66×10-272.8×10-12kg ≈23 kg.。
【全程复习方略】2015-2016学年高中物理 19.7-19.8核聚变 粒子和宇宙课时训练(含解析)新人教版选修3-5
19.7-19.8核聚变 粒子和宇宙【小题达标练】一、选择题1.(多选)(2015·石家庄高二检测)关于核反应的类型,下列表述正确的有 ( )A.238234492902U Th He +→是α衰变B.1441717281N He O H ++→是β衰变C H H He n 是轻核聚变D Se Kr+e 是重核裂变【解析】选A 、C 。
选项A 是α衰变,选项B 是原子核的人工转变,选项C 是核聚变,选项D 是β衰变,选项A 、C 正确。
2.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。
3.(2015·广州高二检测)我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”(英名称:EAST,俗称“人造太阳”)。
设可控热核实验反应前氘核H)的质量为m 1,氚核H)的质量为m 2,反应后氦核He)的质量为m 3,中子n)的质量为m 4,光速为c,正确说法正确的是 ( )A.这种装置中发生的核反应方程式是H H He nB.由核反应过程质量守恒可知m 1+m 2=m 3+m 4C.核反应放出的能量等于(m 1-m 2-m 3-m 4)c 2D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用装置的核反应原理相同【解析】选A。
核反应方程为H H He n,选项A正确;反应过程中向外释放能量,故质量有亏损,且释放的能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2,选项B、C错误;可控热核反应为核聚变,大亚湾核电站所用核装置反应原理为核裂变,选项D错误。
高中物理 第十九章 原子核 第7节、第8节 核聚变 粒子和宇宙课后作业(含解析)新人教版选修3-5-
第7节、第8节 核聚变 粒子和宇宙A 组:合格性水平训练1.(核聚变)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.(核聚变)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 。
如下关于32He 聚变的表述正确的答案是()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 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。
3.(受控热核反响)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(21H)的质量为m 1,氚核(31H)的质量为m 2,反响后氦核(42He)的质量为m 3,中子(10n)的质量为m 4。
光速为c 。
如下说法中不正确的答案是()A .这种装置中发生的核反响方程式是21H +31H →42He +10nB .由核反响过程质量守恒可知m 1+m 2=m 3+m 4C .核反响放出的能量等于(m 1+m 2-m 3-m 4)c 2D .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一样 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21H +31H →42He +10n ,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(m 1+m 2-m 3-m 4)c 2,所以C 正确。
高中物理第十九章原子核19.7_19.8核聚变粒子和宇宙课后提升作业新人教版选修3_50227437.doc
19.7-19.8 核聚变粒子和宇宙课后提升作业【基础达标练】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.在目前情况下,使原子核聚变要比裂变容易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【解析】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,核裂变要比核聚变容易很多,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.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【解析】选A。
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。
3.(多选)目前我国已经建成秦山和大亚湾核电站并投入使用,请根据所学物理知识,判断下列说法中正确的是( )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【解析】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清洁的能源,故A、C正确,B、D错。
4.为了探究宇宙起源,“阿尔法磁谱仪”(AMS)将在太空中寻找“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。
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个不带电的中子和1个带正电荷的正电子构成【解析】选B。
19.7.8核聚变 粒子和宇宙 同步训练题精选 人教版高中物理选修3-5
高中物理选修3-5习题精选第十九章原子核第7节核聚变第8节粒子和宇宙一、选择题(本题共12小题,每小题6分.共72分,在每小题给出的四个选项中,第1-10题为单选题,第10-12题为多选题。
全部选对的得5分,选对但不全的得3分,有选错的得0分)。
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、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2.一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核,同时辐射一个γ光子.已知质子、中子、氘核的质量分别为m1、m2、m3,普朗克常量为h,真空中的光速为c.下列说法正确的是()A.核反应方程是H n H+γB.聚变反应中的质量亏损Δm=m1+m2-m3C.辐射出的γ光子的能量E=(m3-m1-m2)cD.γ光子的波长λ=3.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4.氘核和氚核可发生核聚变而释放巨大的能量,该反应方程为H H He+x,式中x是某种粒子.已知H H He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u,1u的质量对应931.5MeV的能量.由上述反应方程和数据可知()A.粒子x是HB.该反应中的质量亏损为0.0289uC.该反应释放出的能量约为17.6MeVD.该反应中释放的全部能量转化为粒子x的动能5.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.质子和中子等粒子C.光子、中微子和电子等粒子D.氦核、氚核、氦3等轻核6.下列说法正确的是( )A Ra Rn He是原子核的β衰变B H H He n是原子核的聚变C U n Xe Sr+n是原子核的衰变D Na Mg e是原子核的裂变7.关于粒子,下列说法中不正确的是( )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8.下列核反应方程中,表示核聚变过程的是( )A P eB H H He nC C eD U He9.K-介子衰变的方程为K-→π-+π0,其中K-介子和π-介子带负的基元电荷,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,它们的半径与之比为2∶1.π0介子的轨迹未画出.由此可知π-介子的动量大小与π0介子的动量大小之比为( )A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶610.(多选)下列说法正确的是()A.聚变反应中有质量亏损,所以必向外界放出能量B.要使核发生聚变反应,必须使核之间的距离达到1×10-15m以内,也就是达到核力能够发生作用的范围C.要使核发生聚变反应,必须克服核力做功D.热核反应只有在人工控制下才能发生11.(多选)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 H He nB.“人造太阳”的核反应方程是U n Ba Kr+nC.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是ΔE=Δmc2D.“人造太阳”核能大小的计算公式是E=mc212.(多选)1934年约里奥居里夫妇用α粒子轰击Al,发现了放射性磷P和另一种粒子,关于该反应,下列说法中正确的是( )A.核反应方程为Al He P nB.该反应属于原子核的聚变反应C.该反应能放出大量的热,核电站利用该反应来发电D.用含有P制成的磷肥喷在植物上,可用探测器测量植物对磷肥的吸收情况二、计算题(13题14分,14题14分)13.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,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H 的核反应,间接地证实了中微子的存在.(1)中微子与水中的H发生核反应,产生中子n)和正电子e),即中微子H n e.可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是多少?(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e→2γ.已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31kg,光速c=3×108m/s,则反应中产生的每个光子的能量为多少?正电子与电子相遇不可能只转变为一个光子,原因是什么?14.已知氘核的质量为2.0136u,中子的质量为1.0087u,He核的质量为3.0150u.(1u的质量对应931.5MeV的能量)(1)写出两个氘核聚变成He核的反应方程.(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0.35MeV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,则反应中生成的He核和中子的动能各是多少?第7节核聚变第8节粒子和宇宙答案详解1.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,并形成氦核的核合成时代,之后电子和质子复合成氢原子,最后形成恒星和星系,选项A正确,B,C,D的产生都在A之后,选项B,C,D错误.2.B[解析]核反应方程为H n H+γ,选项A错误;由题可知,该反应的质量亏损为Δm=m1+m2-m3,选项B正确;根据爱因斯坦的质能方程ΔE=Δmc2得,该反应辐射出的γ光子的能量为E=(m1+m2-m3)c2,选项C错误;由E=hν=h得λ=,选项D错误.3.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.4.C[解析]根据核反应前后质量数守恒和电荷数守恒,可判断x为中子,故A错误;该反应中的质量亏损为Δm=2.0141u+3.0161u-4.0026u-1.0087u=0.0189u,故B错误;由爱因斯坦质能方程可知,释放出的能量为ΔE=(2.0141+3.0161-4.0026-1.0087)×931.5MeV=17.6MeV,故C 正确;该反应中释放出的能量一部分转化为粒子x的动能,一部分转化为He的动能,故D错误.5.A6.B解析:A项核反应生成氦原子核,是α衰变,选项A错误;聚变是质量轻的核结合成质量大的核,选项B正确;裂变是质量较大的核分裂成较轻的几个核,C项核反应是裂变,选项C错误;D项核反应生成电子,是β衰变,选项D错误.7.A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,选项A错误,B正确;不同的夸克组成强子,有的强子带电,有的强子不带电,质子是最早发现的带正电的强子,选项C正确;夸克模型是研究强子的理论,不同夸克带的电荷不同,分别为元电荷的±或±,这说明电子电荷不再是电荷的最小单位,选项D正确.8.B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.9.C解析:由带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动规律知,轨道半径R==∝p,所以==,即=.又由动量守恒定律=-,得=+=,所以=.10.AB[解析]由质能方程可知,选项A正确;轻核结合成质量较大的核,必须克服巨大的库仑斥力,使轻核间的距离达到核力能发生作用的范围,才能使它们紧密地结合起来,选项B正确,C错误;热核反应必须在很高的温度下才能发生,不一定要人工控制,选项D错误.11.AC[解析]A是核聚变反应,B是核裂变反应,故A正确,B错误;核反应方程中计算能量的关系式是爱因斯坦的质能方程,故C正确,D错误.12AD解析:核反应方程为Al He P n,选项A正确;该反应属于原子核的人工转变,选项B 错误;核电站常利用铀核裂变反应来发电,选项C错误;因为P具有放射性,用该反应生成的P制成的磷肥同样具有放射性,喷在植物上,可用探测器测量植物对磷肥的吸收情况,选项D正确. 13.(1)00(2)8.2×10-14J见解析[解析](1)核反应中质量数守恒,电荷数也守恒,所以中微子的质量数和电荷数都是0.(2)反应中产生能量是由于质量亏损.正电子和电子转变为两个光子之后,质量变为零,则E=Δmc2,故一个光子的能量为,代入数据得=8.2×10-14J.正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体,故系统总动量为零,只有产生2个光子,此过程才遵循动量守恒定律.14.(1H H He n(2)3.26MeV(3)0.99MeV2.97MeV[解析](1)核反应方程为H H He n.(2)核反应中的质量亏损Δm=2.0136u×2-(3.0150u+1.0087u)=0.0035u释放的核能ΔE=Δmc2=0.0035×931.5MeV=3.26MeV.(3)设He核和中子的质量分别为m1、m2,速度分别为v1、v2,则由动量守恒定律及能量守恒定律得m1v1-m2v2=0,Ek1+Ek2=2Ek0+ΔE解得E k1=(2E k0+ΔE)=×(2×0.35+3.26)MeV=0.99MeVEk2=(2Ek0+ΔE)=×(2×0.35+3.26)MeV=2.97MeV.。
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。
核聚变 粒子和宇宙 每课一练(含解析) (10)
19.8 粒子和宇宙作业1.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3-6、7-1所示的1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R K-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的动量的大小之比为() A.1∶1 B.1∶2 C.1∶3 D.1∶6答案 C解析带电粒子K-与π-在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力Bq v=m v 2R得R=m vBq=pBq,K-介子与π-介子带电量相同,故运动的半径之比等于动量之比p K-∶pπ-=R K-∶Rπ-=2∶1在衰变后π-介子与π0介子动量方向相反,设K-介子的动量为正,则π-介子动量为负值,由动量守恒p K-=-pπ-+pπ0则pπ-∶pπ0=1∶3故A、B、D错,C对.2.现在,科学家们正在设法寻找“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量,但电荷的符号相反.据此,反α粒子为()A.42HeB.-42HeC.-4-2HeD.4-2He答案 D解析这类问题在前两年的高考中经常出现.根据题目中的描述,结合α粒子的特点很容易选出正确选项为D.3.一个质子和一个中子结合成氘核,同时放出γ光子,核反应方程是11H+10n→21图3-6、7-1H+γ,以下说法中正确的是() A.反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和B.反应前后的质量数不变,因而质量不变C.γ光子的能量为Δmc2,Δm为反应中的质量亏损,c为光在真空中的速度D.因存在质量亏损Δm,所以“物质不灭”的说法不正确答案AC解析核反应中质量数与电荷数及能量均守恒,由于反应中要释放核能,会出现质量亏损,反应中氘核的质量一定小于反应前质子和中子的质量之和,所以质量不守恒,但质量数不变,且能量守恒,释放的能量会以光子的形式向外释放.故正确答案为A、C.4.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B.质子C.轻子D.中子E.胶子【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合成氘核,并形成氦核的核合成时代,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、C、E正确,B、D错误.【答案】ACE5.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,它们的带电荷量如表所示,表中e为元电荷.由此可知π+由________和________组成,π-由________和________组成.【解析】因π+介子带有+e的电荷量,且是由一个夸克和一个反夸克组成的,则夸克u带+23e和反夸克d带+13e合成电荷量为e,那么π+介子就是由夸克u和反夸克d组成的;同理,π-介子由夸克d和反夸克u组成.【答案】u d,d u6.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11H的核反应,间接地证实了中微子的存在.(1)中微子与水中的11H发生核反应,产生中子(10n)和正电子(01e),即:中微子+11H→10n+01e可以判定,中微子的质量数和电荷数分别是________.(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01e+0-1e→2γ已知正电子和电子的质量都为9.1×10-31 kg,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,原因是什么?【解析】(1)发生核反应前后,粒子的质量数和电荷数均不变,据此可知中微子的质量数和电荷数都是0.(2)产生的能量是由于质量亏损.两个电子转变为两个光子之后,质量变为零,则E=Δmc2,故一个光子的能量为E2,代入数据得E2=8.2×10-14J.正电子与水中的电子相遇,与电子形成几乎静止的整体,故系统总动量为零,故只有产生2个光子,此过程才遵循动量守恒定律.【答案】0和08.2×10-14 J略7.如下一系列核反应是在恒星内部发生的:p+12 6C―→13 7N137N―→13 6C+e++μp+13 6C―→14 7Np+14 7N―→15 8O15O―→15 7N+e++μ8p+15 7N―→12 6C+α其中p为质子,α为α粒子,e+为正电子,μ为一种中微子.已知质子的质量m p=1.672 648×10-27 kg,α粒子的质量mα=6.644 929×10-27 kg,正电子的质量m e=9.11×10-31 kg,中微子的质量可忽略不计.真空中的光速c=3.00×108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量.答案 3.95×10-12 J解析为求出系列反应后释放的能量,将题中所给的各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++2μ.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 c2=mαc2+2m e c2+Q,代入数据可得Q=3.95×10-12 J.。
高中物理19.7-19.8核聚变粒子和宇宙课时作业(含解析)新人教版3-5
核聚变粒子和宇宙基础达标1.一个氘核(21H)与一个氚核(31H)发生聚变,产生一个中子和一个新核,并出现质量亏损,该聚变过程中( )A.吸收能量,生成的新核是42HeB.放出能量,生成的新核是42HeC.吸收能量,生成的新核是32HeD.放出能量,生成的新核是32He【解析】由质量数和电荷数守恒可判断产生的新核是42He,其核反应方程式为21H+31 H―→10n+42He;由聚变反应中出现质量亏损可知,该反应放出能量,B选项正确.【答案】 B2.发生轻核聚变的条件是( )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【解析】发生轻核聚变的条件是使核的距离十分接近,达到10-15m,这就要使原子核获得很大的动能,所用方法是把它们加热到几百万摄氏度以上的高温,因此聚变反应又叫做热核反应,C选项正确.【答案】 C3.氘核(21H)和氚核(31H)的核反应方程如下:21H+31H→42He+10n.设氘核质量为m1,氚核质量为m2,氦核质量为m3,中子质量为m4,则反应过程中释放的能量为( ) A.(m1+m2+m3)c2B.(m1+m2-m4)c2C.(m1+m2-m3-m4)c2D.(m3+m4-m1-m2)c2【解析】此反应的质量亏损为Δm=m1+m2-m3-m4,释放能量ΔE=Δmc2=(m1+m2-m3-m4)c2.【答案】 C4.氘和氚发生聚变反应的方程式是21H+31H→42He+10n+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,则释放的能量是( )A.N A×17.6 MeV B.5N A×17.6 MeVC.2N A×17.6 MeV D.3N A×17.6 MeV【解析】由核反应方程可知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,则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=N A×17.6 MeV.【答案】 A5.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】按照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】 C6.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】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,D 不正确.【答案】 B7.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+23e 和-e3,说明电子电荷不再是电荷的最小单位,故C 错误,D 正确.【答案】D8.太阳现在正处于主序星演化阶段,它主要是由电子和11H 、42He 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20-1e +411H →42He +释放的能量,这些核最后转化为辐射能.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11H 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11H 组成.(1)为了研究太阳演化进程,需知道目前太阳的质量m 1,已知地球半径R =6.4×106m ,地球质量m 2=6.0×1024 kg ,日地中心的距离r =1.5×1011m ,地球表面处的重力加速度g 取10 m/s 2,1年约为 3.2×107s ,试估算目前太阳的质量m 1;(2)已知质子质量m p =1.6726×10-27kg ,42He 质量m α=6.6458×10-27kg ,电子质量me =0.9×10-30 kg ,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】(1)设T 为地球绕日心运动的周期,由万有引力定律和牛顿运动定律可知G m2m 1r2=m 22πT2r ①地球表面处重力加速度g =Gm2R 2②①②式联立得m 1=m 22πT 2r 3R 2g③以题中所给数值代入得m 1=2×1030kg.(2)根据质量亏损和质能方程,该核反应每发生一次释放的核能为ΔE =(4m p +2m e -m α)c 2.代入数值,解得ΔE =4.2×10-12J.【答案】(1)2×1030 kg (2)4.2×10-12J能力提升1.某科学家提出年轻热星体中核聚变的一种理论,其中的两个核反应方程为11H +12 6C →137N +Q 111H +15 7N →126C +X +Q2.方程式中Q 1、Q 2表示释放的能量,相关的原子核质量见下表:原子核11H 32He 42He 12 6C 13 7N 157N质量/u 1.0078 3.0160 4.002612.000013.005715.0001以下推断正确的是( )A .X 是32He ,Q 2>Q 1B .X 是42He ,Q 2>Q 1C .X 是32He ,Q 2<Q 1 D .X 是42He ,Q 2<Q 1【解析】由核反应过程中必须遵守的质量数守恒和核电荷数守恒知X 是42He.放出热量分别为Q 1和Q 2的两个核反应中质量亏损分别为0.0021 u 和0.0053 u ,故Q 2>Q 1.【答案】 B2.中子n 、质子p 、氘核D 的质量分别为m n 、m p 、m D.现用光子能量为E 的γ射线照射。
高中物理 第十九章 原子核 第7节、第8节 核聚变 粒子和宇宙课时训练(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1.了解核聚变的特点和条件,了解核聚变的优点。
2.会判断和书写核聚变反响方程。
3.能计算核聚变释放的能量。
4.知道粒子的分类与其特点,了解夸克模型。
5.了解宇宙起源的大爆炸学说与恒星的演化。
一、核聚变1.定义:两个轻核结合成质量□01较大的核的反响。
轻核聚变反响必须在□02高温下进展,因此又叫热核反响。
2.核反响举例:21H +31H→□0342He +10n +17.6 MeV 。
3.实例分析(1)核武器:□04氢弹,由普通炸药引爆□05原子弹,再由□06原子弹爆炸产生的高温高压引发热核爆炸。
(2)宇宙天体:热核反响在宇宙中时时刻刻地进展着,太阳就是一个巨大的热核反响堆。
二、受控热核反响1.聚变与裂变相比有很多优点 (1)轻核聚变产能□01效率高; (2)地球上聚变燃料的储量□02丰富; (3)轻核聚变更为□03安全、清洁。
2.约束核聚变材料的方法:□04磁约束和□05惯性约束。
三、粒子的概念 1.“根本粒子〞不根本(1)传统的“根本粒子〞:光子、□01电子、质子和□02中子。
(2)“根本粒子〞不根本的原因①科学家们逐渐发现了数以百计的□03不同种类的新粒子。
②科学家们又发现质子、中子等本身也有自己的□04复杂结构。
2.发现新粒子(1)新粒子:1932年发现了□05正电子,1937年发现□06μ子,1947年发现K 介子和π介子,后来又发现超子、反粒子等。
(2)分类:按照粒子与各种相互作用的关系分为:强子、轻子和□07媒介子。
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□08夸克构成的。
(2)分类:上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克、顶夸克;它们的电荷量分别为元电荷的□09+23或□10-13,每种夸克都有对应的□11反夸克。
(3)意义:电子电荷不再是电荷的□12最小单元,即存在分数电荷。
高中物理 第19章 第7、8节核聚变粒子和宇宙检测试题
"【成才之路】2014-2015学年高中物理 第19章 第7、8节核聚变粒子和宇宙检测试题 新人教版选修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、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。
2.2002年,美国《科学》杂志评出的《2001年世界十大科技突破》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部分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定相反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定一致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定律。
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-13 e 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七核聚变八粒子和宇宙练习新人教选修
七、核聚变 八、粒子和宇宙1.热核反应是一种理想能源的原因是( )A .就每一个核子平均来说,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 .热核反应的原料在地球上储量丰富D .热核反应的速度容易控制2.一个氘核(21H)与一个氚核(31H)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42HeB .放出能量,生成的新核是42HeC .吸收能量,生成的新核是32HeD .放出能量,生成的新核是32He3.关于粒子,下列说法中正确的是( )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4.现在科学家正在设法寻找“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”组成的,则反α粒子的符号是( )A.42HeB. He 42-C.He 42- D.-4-2He5.下列核反应方程及其表述都正确的是( )A .32He +21H→42He +11H 是聚变反应B .235 92U +10n→141 56Ba +9236Kr +310n 是裂变反应C .21H +31H→42He +10n 是聚变反应D .2411Na→2412Mg +e 01- 是裂变反应6.四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子,释放出2.8×106 eV 的能量.请写出核反应方程. 并计算1 g 氢核完成这个反应后释放的能量.7.历史上第一次利用加速器实现的核反应,是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的A Z X ,生成两个动能均为8.9 MeV 的42He(1 MeV =1.6×10-13 J)(1)写出上述核反应方程;(2)求上述核反应质量亏损.8.下面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 ++ν p +C 136→N 147 p +N 147→O 158O 158→N 157+e ++ν p +N 157→C 126+a.其中p 为质子,a 为α粒子,e +为正电子,ν为一种中微子.已知质子的质量为m p =1.672648×10-27 kg ,α粒子的质量为m α=6.644929×10-27 kg ,正电子的质量为m e+=9.11×10-31 kg,中微子的质量可忽略不计,真空中的光速c=3.00×108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量.9.已知氘核质量为2.0136 u,中子质量为1.0087 u,32He核的质量为3.0150 u.(1)写出两个氘核聚变成32He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32He核和中子的动能各是多少?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七核聚变八粒子和宇宙练习新人教选修
七、核聚变 八、粒子和宇宙1.热核反应是一种理想能源的原因是( )A .就每一个核子平均来说,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 .热核反应的原料在地球上储量丰富D .热核反应的速度容易控制2.一个氘核(21H)与一个氚核(31H)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42HeB .放出能量,生成的新核是42HeC .吸收能量,生成的新核是32HeD .放出能量,生成的新核是32He3.关于粒子,下列说法中正确的是( )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4.现在科学家正在设法寻找“反物质”.所谓“反物质”是由“反粒子”组成的,则反α粒子的符号是( )A.42HeB. He 42-C.He 42- D.-4-2He5.下列核反应方程及其表述都正确的是( )A .32He +21H→42He +11H 是聚变反应B .235 92U +10n→141 56Ba +9236Kr +310n 是裂变反应C .21H +31H→42He +10n 是聚变反应D .2411Na→2412Mg +e 01- 是裂变反应6.四个氢核聚变成一个氦核,同时放出两个正电子,释放出2.8×106 eV 的能量.请写出核反应方程. 并计算1 g 氢核完成这个反应后释放的能量.7.历史上第一次利用加速器实现的核反应,是用加速后动能为0.5 MeV 的质子11H 轰击静止的A Z X ,生成两个动能均为8.9 MeV 的42He(1 MeV =1.6×10-13 J)(1)写出上述核反应方程;(2)求上述核反应质量亏损.8.下面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 ++ν p +C 136→N 147 p +N 147→O 158O 158→N 157+e ++ν p +N 157→C 126+a.其中p 为质子,a 为α粒子,e +为正电子,ν为一种中微子.已知质子的质量为m p =1.672648×10-27 kg ,α粒子的质量为m α=6.644929×10-27 kg ,正电子的质量为m e+=9.11×10-31 kg,中微子的质量可忽略不计,真空中的光速c=3.00×108 m/s.试计算该系列反应完成后释放的能量.9.已知氘核质量为2.0136 u,中子质量为1.0087 u,32He核的质量为3.0150 u.(1)写出两个氘核聚变成32He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32He核和中子的动能各是多少?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。
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7 核聚变8 粒子和宇宙A组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摄氏度以上的高温D.用γ光子照射解析:轻核聚变需要几百万摄氏度以上,使核子间的距离达到10-15 m以内,核力发生作用发生聚变反应,选项C正确。
答案:C2.下列关于聚变的说法中,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摄氏度的高温,因此聚变又叫热核反应C.原子弹爆炸能产生几百万摄氏度的高温,所以氢弹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解析:聚变时,要使轻核之间的距离达到10-15 m,所以必须克服库仑斥力做功,选项A正确;原子核必须有足够的动能,才能使它们接近核力能发生作用的范围。
实验证明,原子核必须处在几百万摄氏度以上的高温才有这样的能量,氢弹是利用原子弹爆炸获得高温引发热核反应的,选项B、C正确;在太阳和许多恒星内部存在着热核反应,选项D正确。
答案:ABCD3.1964~1967年,我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功。
下列核反应方程中属于原子弹和氢弹基本反应方程式的是()A.NBLiHeCSrXe+1nDHen解析:原子弹内部发生的是裂变反应,氢弹内部发生的是聚变反应,选项C、D正确。
答案:CD4.如图所示,中子内有一个电荷量为+e的上夸克和两个电荷量为-e的下夸克,这一简单模型是三个夸克都在半径为r的同一圆周上,如图给出的四幅图中,能正确表示出各夸克所受静电作用力的是()解析:本题考查的是库仑力的大小、方向及力的合成,明确每个夸克皆受两个力的作用。
电荷量为+e的上夸克受两个下夸克的吸引力,合力的方向一定向下,对其中一个夸克,受力如图所示,由于F+的水平分力与F-大小相等,方向相反,故F+与F-的合力竖直向上。
答案:B5.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H→He+H+n+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解析:根据核反应过程中质量数守恒、电荷数守恒知解得选项B正确。
答案:B6.如图所示,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)、komera(真空室)、magnit(磁)的头两个字母以及kotushka(线圈)的第一个字母组成的缩写词。
根据以上信息,下列判断中可能正确的是()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、大亚湾核电站所使用核装置的核反应原理相同D.这种装置可以控制热核反应速度,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,故选项A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旋转而不溢出,故选项B正确;核电站的原理是裂变,托卡马克的原理是聚变,故选项C错误;该装置使人们可以在实验室控制反应速度,平稳释放核能,故选项D正确。
答案:ABD7.太阳内部有多种热核反应,其中的一个反应方程是He+x。
若已知H的质量为m1H的质量为m2He的质量为m3,x的质量为m4,则下列说法中正确的是()A.x是中子BH和H在常温下就能够发生聚变C.这个反应释放的核能为ΔE=(m1+m2-m3-m4)c2D.我国大亚湾核电站就是利用轻核聚变释放的能量来发电的解析:根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知选项A正确;轻核聚变需要在极高温度和压强下进行,选项B错误;根据爱因斯坦的质量亏损方程知选项C正确;现有的实用型核电站均为核裂变反应堆,选项D错误。
答案:AC8.下列说法不正确的是()AHen是聚变BXeSr+n是裂变CRaRnHe是α衰变DNaMge是裂变解析:选项A中是两个质量较轻的核结合成了一个质量较重的核,是聚变反应,故选项A正确;选项B 的核反应中是铀核捕获中子裂变为两个(或更多)中等质量的核,并放出几个中子,是裂变反应,故选项B正确;选项C的核反应中没有中子的轰击而自发地放出了α粒子,是α衰变,选项C正确;而选项D应是β衰变,故选项D不正确。
答案:D9.如下一系列核反应是恒星内部发生的。
pNC+e++νpNpON+e++νpC+α其中p为质子,α为α粒子,e+为正电子,ν为一种中微子。
已知质子的质量为m p=1.672 648×10-27 kg,α粒子的质量为mα=6.644 929×10-27 kg,正电子的质量为me=9.11×10-31 kg,中微子的质量可忽略不计。
真空中的光速c=3.00×108 m/s,试计算该系列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 c2=mαc2+2m e c2+Q代入数值可得Q=3.95×10-12 J。
答案:3.95×10-12 J10.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e,下夸克带电为-e,e 为电子所带电荷量的大小,如果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=1.5×10-15 m。
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+e的电荷量,故它是由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,这时上夸克与下夸克之间的静电力应为F uu=k。
代入数值,得F uu=46 N,为斥力。
上夸克与下夸克之间的静电力为F ud=k。
代入数值,得F ud=23 N,为引力。
答案:46 N23 NB组1.已知氦原子的质量为M He u,电子的质量为m e u,质子的质量为m P u,中子的质量为m n u,u为原子的质量单位,且由爱因斯坦质能方程E=mc2可知:1 u对应于931.5 MeV的能量,若取光速c=3×108 m/s,则两个质子和两个中子聚变成一个氦核,释放的能量为()A.[2×(m P+m n)-M He]×931.5 MeVB.[2×(m P+m n+m e)-M He]×931.5 MeVC.[2×(m P+m n+m e)-M He]×c2 JD.[2×(m P+m n)-M He]×c2 J解析:核反应方程为H+He,质量亏损Δm=2×(m P+m n)-(M He-2m e)=2×(m P+m n+m e)-M He,所以释放的能量为ΔE=Δm×931.5MeV=[2×(m P+m n+m e)-M He]×931.5 MeV,选项B正确。
答案:B2.一个中子和一个质子相结合生成一个氚核,若它们的质量分别是m1、m2、m3,则()A.由于反应前后质量数不变,所以m1+m2=m3,反应前后没有能量变化B.由于反应时释放出了能量,所以m1+m2>m3C.由于反应在高温高压下进行,从而吸收能量,所以m1+m2<m3D.反应时放出的能量为(m1+m2-m3)c2(其中c是真空中的光速)解析:该反应过程释放能量,应计算应用过程中静止质量的减少量,即反应前各原子核质量之和减去反应产物所有质量之和,故正确选项为B、D。
答案:BD3.利用氦3He)和氘进行的聚变安全无污染,容易控制。
月球上有大量的氦3,每个航天大国都将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。
“嫦娥一号”探月卫星执行的一项重要任务就是评估月壤中氦3的分布和储量。
已知两个氘核聚变生成一个氦3和一个中子的核反应方程是Hen+3.26 MeV,若有2 g氘全部发生反应,则释放的能量是(N A为阿伏加德罗常数)()A.0.5×3.26 MeVB.3.26 MeVC.0.5N A×3.26 MeVD.N A×3.26 M eV解析:2 g氘含有的原子核个数为N A,全部发生聚变时,共发生0.5N A次聚变,所以释放的能量为0.5N A×3.26 MeV,故选项C正确。
答案:C4.我国自行设计并研制的“人造太阳”——托卡马克实验装置运行获得重大进展,这标志着我国已经迈入可控热核反应领域先进国家行列。
该反应所进行的聚变过程是Hen,反应原料氘H)富存于海水中,而氚H)是放射性元素,自然界中不存在,但可以通过中子轰击锂核Li)的人工核转变得到。
(1)请把下列用中子轰击锂核Li)产生一个氚核H)和一个新核的人工核转变方程填写完整:n→H。
(2)在(1)中,每产生1 g氚的同时有多少个Li核实现了核转变?(阿伏加德罗常数N A取6.0×1023 mol-1)(3)一个氘核和一个氚核发生核聚变时,平均每个核子释放的能量为5.6×10-13 J,求该核聚变过程中的质量亏损。
解析:(1)核反应方程为LiHeH(2)因为1 g氚为 mol,根据核反应方程,实现转变的Li也为 mol,所以有2.0×1023个Li核实现了转变。
(3)根据爱因斯坦质能方程ΔE=Δmc2,核聚变反应中有5个核子参加了反应,5个核子释放总能量ΔE=5×5.6×10-13 J=2.8×10-12 J,所以质量亏损为Δm= kg=3.1×10-29 kg。
答案:(1LiHe(2)2.0×1023个(3)3.1×10-29 kg5.两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m0=2.013 6 u,氦核质量m He=3.015 0 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(已知1 u相当于931.5 MeV)。
(2)若反应前两氘核的动能均为E k0=0.35 MeV,它们正面相碰发生核聚变,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大?解析:(1)聚变的核反应方程为n。
这个核反应中的质量亏损为Δm=2m0-(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,由于反应前两核动能相同,其动能等值反向,因此反应前后系统的总动量恒为零,即0=m He v He+m n v n①又由于反应前后能量守恒,故反应后氦核和中子的总动能m He m n=ΔE+2E k0②因为m He∶m n=3∶1,所以氦核和中子的速率之比为,把这两个关系式代入②式得ΔE+2E k0=4·m He=4E kHe。