高中物理 第十九章 原子核 第7節(jié) 核聚變 第8節(jié) 粒子和宇宙課下作業(yè) 新人教版選修3-5

1、第7節(jié) 核聚變 第8節(jié) 粒子和宇宙1以下說(shuō)法正確的是()A最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是中子B質(zhì)子、中子、介子和超子都屬于強(qiáng)子C強(qiáng)子、輕子都有內(nèi)部結(jié)構(gòu)D子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，子不屬于輕子解析：最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子是質(zhì)子，最早發(fā)現(xiàn)的輕子是電子，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；強(qiáng)子有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由夸克組成，輕子沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以C錯(cuò)誤；質(zhì)子、中子、介子、超子都屬于強(qiáng)子，子質(zhì)量比核子質(zhì)量大，但仍屬于輕子，D錯(cuò)誤，B正確。答案：B2正電子、負(fù)質(zhì)子等都屬于反粒子，它們跟普通電子、質(zhì)子的質(zhì)量、電荷量均相等，而電性相反。科學(xué)家設(shè)想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)反物質(zhì)。1997年初和年底，歐洲和美國(guó)的科研機(jī)構(gòu)先后

2、宣布：他們分別制造出9個(gè)和7個(gè)反氫原子，這是人類(lèi)探索反物質(zhì)的一大進(jìn)步。你推測(cè)反氫原子的結(jié)構(gòu)是()A由一個(gè)帶正電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成B由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶正電荷的電子構(gòu)成C由一個(gè)不帶電荷的中子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成D由一個(gè)帶負(fù)電荷的質(zhì)子與一個(gè)帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成解析：反氫原子的結(jié)構(gòu)是由反粒子構(gòu)成的物質(zhì)，正電子、負(fù)質(zhì)子等都屬于反粒子，由反粒子的特點(diǎn)可知選項(xiàng)B正確。答案：B3關(guān)于聚變，以下說(shuō)法中正確的是()A兩個(gè)輕核聚變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)放出能量B同樣質(zhì)量的物質(zhì)發(fā)生聚變時(shí)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大好多倍C聚變反應(yīng)的條件是聚變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積D發(fā)生聚變反應(yīng)

3、時(shí)的原子核必須有足夠大的動(dòng)能解析：兩個(gè)輕核聚合為較大質(zhì)量的原子核就可釋放能量，但不一定是中等質(zhì)量的核，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；聚變反應(yīng)放出的能量比同樣質(zhì)量的物質(zhì)裂變時(shí)釋放的能量大得多，故B項(xiàng)正確；裂變反應(yīng)的條件是裂變物質(zhì)的體積達(dá)到臨界體積，而聚變反應(yīng)的條件是原子核間距達(dá)到1015 m，故要求有足夠大的動(dòng)能才能克服原子核間的斥力做功，故C錯(cuò)，D正確。答案：BD4月球土壤里大量存在著一種叫做“氦3(He)”的化學(xué)元素，是熱核聚變的重要原料?？茖W(xué)家初步估計(jì)月球上至少有100萬(wàn)噸氦3，如果相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)成功，將可為地球帶來(lái)取之不盡的能源。關(guān)于“氦3(He)”與氘核聚變，下列說(shuō)法正確的是()A核反應(yīng)方程為HeHHeH

4、B核反應(yīng)生成物的質(zhì)量將大于參加反應(yīng)物的質(zhì)量C氦3(He)一個(gè)核子的結(jié)合能大于氦4(He)一個(gè)核子的結(jié)合能D氦3(He)的原子核與一個(gè)氘核發(fā)生聚變將放出能量解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒和已知條件可以寫(xiě)出核反應(yīng)方程為HeHHeH，故A對(duì)；由于此核反應(yīng)過(guò)程中放出能量將出現(xiàn)質(zhì)量虧損，所以B、C錯(cuò)，D正確。答案：AD5已知介子、介子都是由一個(gè)夸克(夸克u或夸克d)和一個(gè)反夸克(反夸克或反夸克)組成的，它們的帶電荷量如下表所示，表中e為元電荷。ud帶電荷量eeeeee下列說(shuō)法中正確的是()A由u和組成B由d和組成C由u和組成 D由d和組成解析：根據(jù)電荷量關(guān)系可知，由于介子帶有e的電荷量，又由于介子是由

5、夸克和反夸克組成，根據(jù)題意可知介子(e)應(yīng)由一個(gè)u夸克(e)和一個(gè)反夸克(e)組成，同理介子由一個(gè)d夸克和一個(gè)反夸克組成。答案：AD6質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)發(fā)生的核反應(yīng)被認(rèn)為是恒星能量的一種可能來(lái)源，具體的一個(gè)循環(huán)過(guò)程是這樣的：兩個(gè)質(zhì)子(H)發(fā)生聚變，生成一個(gè)氘核 (H)，生成的氘核(H)再與一個(gè)質(zhì)子(H)聚變生成一個(gè)氦核(He)，接下來(lái)兩個(gè)氦核(He)發(fā)生聚變，生成氦的同位素(He)同時(shí)再產(chǎn)生兩個(gè)質(zhì)子(H)，這兩個(gè)質(zhì)子(H)再度發(fā)生聚變進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)反應(yīng)，成為恒星不竭之能量源泉。對(duì)于這種質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)發(fā)生的核反應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是()A兩個(gè)質(zhì)子(H)發(fā)生聚變，可表示為HHHeB兩個(gè)質(zhì)子(H)發(fā)生聚變，可

6、表示為HH2HC一個(gè)完整的質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)核反應(yīng)可表示為3HHeeD一個(gè)完整的質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)核反應(yīng)可表示為6HHe2e2H解析：由題意及核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)與電荷數(shù)守恒可得兩個(gè)質(zhì)子(H)發(fā)生聚變，可表示為HHHe，A正確、B錯(cuò)誤；由題意可知一個(gè)完整的質(zhì)子質(zhì)子循環(huán)反應(yīng)可表示為6HHe2e2H，C錯(cuò)誤、D正確。答案：AD7(2012新課標(biāo)全國(guó)卷)氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：HHHex，式中x是某種粒子。已知：H、H、He和粒子x的質(zhì)量分別為2.014 1 u、3.016 1 u、4.002 6 u和1.008 7 u；1 u931.5 MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反應(yīng)

7、方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是_，該反應(yīng)釋放出的能量為_(kāi) MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)。解析：根據(jù)電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒可知，x的質(zhì)量數(shù)為1，電荷數(shù)為零，故x為中子。質(zhì)量虧損m2.0141 u3.016 1 u(4.002 6 u1.008 7 u)0.018 9 u，Emc20.018 9931.5 MeV17.6 MeV。答案：n(或中子)17.68天文觀測(cè)表明，幾乎所有遠(yuǎn)處的恒星(或星系)都在以各自的速度背離我們而運(yùn)動(dòng)，離我們?cè)竭h(yuǎn)的星體，背離我們運(yùn)動(dòng)的速度(稱(chēng)為退行速度)越大；也就是說(shuō)，宇宙在膨脹，不同星體的退行速度v和它們離我們的距離r成正比，即vHr ，式中H為一常量，稱(chēng)為哈勃常數(shù)，已知

8、由天文觀察測(cè)定。為解釋上述現(xiàn)象，有人提出一種理論，認(rèn)為宇宙是從一個(gè)大爆炸的火球開(kāi)始形成的。假設(shè)大爆炸后各星體即以不同的速度向外勻速運(yùn)動(dòng)，并設(shè)想我們就位于其中心，則速度越大的星體現(xiàn)在離我們?cè)竭h(yuǎn)。這一結(jié)果與上述天文觀測(cè)一致。由上述理論和天文觀測(cè)結(jié)果，可估算宇宙年齡T，其計(jì)算式為T(mén)_。根據(jù)近期觀測(cè)，哈勃常數(shù)H3102m/s光年，其中光年是光在一年中行進(jìn)的距離，由此估算宇宙的年齡約為_(kāi)年。解析：由題意知T，T年1010年。答案：10109太陽(yáng)內(nèi)部的核聚變反應(yīng)可以釋放出大量的能量，這些能量以電磁波輻射的形式向四面八方輻射出去，其總功率達(dá)P3.81026 W。(1)估算太陽(yáng)每秒鐘的質(zhì)量虧損；(2)設(shè)太陽(yáng)上

9、的核反應(yīng)都是4HHe2e228 MeV這種形式的反應(yīng)(是中微子，其質(zhì)量遠(yuǎn)小于電子質(zhì)量，是穿透力極強(qiáng)的中性粒子)，地日距離L1.51011 m，試估算每秒鐘太陽(yáng)垂直照射地面上每平方米有多少中微子到達(dá)。(3)假設(shè)原始太陽(yáng)全部由質(zhì)子和電子組成，并且只有10%的質(zhì)子可供“燃燒”，試估算太陽(yáng)的壽命(太陽(yáng)的質(zhì)量為2.01030 kg，質(zhì)子的質(zhì)量為1.671027 kg)。解析：(1)太陽(yáng)每秒鐘釋放的能量為EPt3.81026 J，由質(zhì)能方程Emc2可得m kg4.2109 kg。(2)設(shè)E028 MeV，每秒鐘的核反應(yīng)的次數(shù)為：n8.481037次每秒鐘產(chǎn)生的中微子為n12n1.6961038個(gè)建一個(gè)以L(fǎng)為半徑的球模型，球的表面積為S4L22.8261023 m2則每平方米上有中微子的個(gè)數(shù)為：n261014個(gè)。(3)能發(fā)生反應(yīng)的