原子能粒子宇宙習題

1、原子能、粒子、宇宙一、選擇題1根據(jù)愛因斯坦的研究成果，物體的能量和質量的關系是E=mc2，這一關系叫愛因斯坦質能方程質子的質量為mp，中子的質量為mn，氦核的質量為，下列關系式正確的是（ ） A） B C D以上關系式都不正確2氫核、中子、氘核質量分別為m1、m2、m3，那么氫核和中子結合為氘核時釋放出的能量表達式為（ ） Am3c2 B(m1+m2)c C(m3m1m2)c2 D(m1+m2m3)c23吸收一個慢中子后，分裂成和，還放出（ ） A1個粒子 B3個中子 C10個中子 D10個質子4以下說法正確的是（ ） A聚變是裂變的逆反應 B如果裂變釋放能量，則聚變反應必定吸收能量 C聚變須

2、將反應物加熱至數(shù)百萬度以上高溫，顯然是吸收能量 D裂變與聚變均可釋放巨大能量5關于反粒子，下列說法正確的是（ ） A電子的反粒子就是正電子，它的電荷量與電子相同，但帶的是正電荷 B質子的反粒子就是反質子，它的電荷量與質子相同，但帶的是負電荷 C粒子與它的反粒子質量相同 D粒子與它的反粒子的物理性質相反6下列關于粒子分類的說法中正確的是（ ） A強子是參與強相互作用的粒子，質子是最早發(fā)現(xiàn)的強子 B輕子是不參與強相互作用的粒子，每種輕子都有對應的反粒子 C現(xiàn)代實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了輕子的內(nèi)部結構 D媒介子是傳遞各種相互作用的粒子7K介子衰變的方程為：K+0，其中K介子和介子帶負的基元電荷，0介子不帶電一個

3、K介子沿垂直于磁場的方向射入勻強磁場中，其軌跡是圓弧AP，衰變后產(chǎn)生的介子的軌跡是圓弧PB，兩軌跡在P點相切，如圖所示它們的半徑RK與R之比為21，0介子的軌跡未畫出由此可知的動量大小與0的動量大小之比為（ ） A11 B12 C13 D16二、填空題8原子核的質量小于組成它的核子的質量之和，這個現(xiàn)象叫做_不同原子核的比結合能不一樣，_的核的比結合能最大這些核_9太陽每秒輻射的能量為3.8×1026 J，則其質量每秒減少_kg10一個鈾核衰變?yōu)殁Q時釋放一個粒子，已知鈾核的質量是3.853131×1025 kg，釷核的質量為3.786567×1025 kg，粒子的質

4、量為6.64672×1027 kg，在這個衰變過程中釋放出的能量等于_J（結果保留兩位有效數(shù)字）11質子、中子和氘核的質量分別為m1、m2和m3，質子和中子結合成氘核時，發(fā)出一個光子，已知普朗克常量為h，真空中的光速為c，則光子的頻率為_12完成下列反應方程 _；_； _；_13一個鋰核（）受到一個質子的轟擊，變成兩個粒子，這一過程的核反應方程是_已知一個氫原子的質量是1.6736×1027 kg，一個鋰原子的質量是11.6505×1027 kg，一個氦原子的質量是6.6466×1027 kg，上述核反應所釋放的能量等于_J（最后結果取三位有效數(shù)字）14

5、一個電子和一個正電子對撞發(fā)生“湮滅”而轉化為一對光子設正、負電子對撞前的質量均為m，動能均為Ek，光速為c，普朗克常量為h，則對撞過程中的質量虧損為_；轉化成的光子在真空中波長=_15重核的裂變反應、鏈式反應、輕核的聚變反應三者中，臨界體積是_的條件，107以上的高溫是_需要的條件16一個鈾235核裂變時釋放出196 MeV的能量，則1 kg鈾235完全裂變時所放出的能量為_J，它相當于_t優(yōu)質煤完全燃燒時放出的能量（煤的熱值為3.36×106 J）三、解答題171993年，中國科學院上海原子核研究所制得了一種新的鉑元素的同位素制取過程如下： （1）用質子轟擊鈹產(chǎn)生快中子； （2）用

6、快中子轟擊汞，反應過程可能有兩種：生成，放出氦原子核；生成，放出質子、中子寫出上述核反應方程式18如下一系列核反應是在恒星內(nèi)部發(fā)生的 其中p為質子，為粒子，e+為正電子，為一種中微子已知質子的質量為mp=1.672648×1027 kg，粒子的質量為kg，正電子的質量為kg，中微子的質量可忽略不計真空中的光速c=3.00×108 ms試計算該系列核反應完成后釋放的能量19在鈾核裂變成鋇和氪的裂變反應中，質量虧損m=0.2153 u，那么，一個鈾核裂變釋放的能量為多少？反應中平均每個核子釋放的能量為多少？20太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地發(fā)生著四個質子聚變?yōu)橐粋€氦核的熱核反應這個核反應釋

7、放出的大量能量就是太陽的能源 （1）寫出這個核反應方程； （2）這一核反應能釋放出多少能量？ （3）根據(jù)太陽每秒釋放能量3.8×1026 J，計算每秒鐘太陽的質量減少多少千克（mp=1.0073 u，m=4.0015 u，me=0.00055 u）21已知物體從地球上的逃逸速度，其中G、M、R分別是萬有引力常量、地球的質量和半徑已知G=6.67×1011 N·m2kg2、光速c=3×108 ms，求下列問題： （1）逃逸速度大于真空中光速的天體叫做黑洞，設某黑洞的質量等于太陽的質量M=1.98×1030 kg，求它可能的最大半徑； （2）在目前

8、天文觀測范圍內(nèi)，物質的平均密度為0.4 kgm3，如果認為我們的宇宙是這樣一個均勻大球體，其密度使得它的逃逸速度大于光在真空中的速度c，因此任何物體都不能脫離宇宙問宇宙的半徑至少多大？22如圖所示，有界的勻強磁場磁感應強度為B=0.05 T，磁場方向垂直于紙面向里，MN是磁場的左邊界，在磁場中A處放一個放射源，內(nèi)裝（鐳），放出某種放射線后衰變成（氡）試寫出衰變的方程若A距磁場的左邊界MN的距離OA=1.0 m時，放在MN左側的粒子接收器接收到垂直于邊界MN方向射出的質量較小的粒子，此時接收器距離OA 1.0 m試推斷出一個靜止鐳核衰變時放出的能量是多少？（結果保留2位有效數(shù)字，取1 u=1.6

9、×1027 kg，電子電荷量e=1.6×1019 C）【答案與解析】一、選擇題1【答案】B 【解析】，2m。+2m。>m。，故B正確2【答案】D 【解析】，故D項正確3【答案】C 【解析】設放出的粒子的質量數(shù)為x，電荷數(shù)為y，核反應過程滿足質量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒由題意可得，解得由此判斷該核反應放出的一定是中子，且個數(shù)是104【答案】D 【解析】對A，從形式上看，裂變與聚變似乎是互為逆反應，但其實不然，因為二者的反應物與生成物全然不同裂變是重核分裂成中等核，而聚變則是輕核聚合成為次輕核，無直接關聯(lián)，并非互為逆反應對B，既然裂變與聚變不是互為逆反應，則在能量的流向上也不必

10、相反對C，誠然，要實現(xiàn)聚變反應，必須使參加反應的輕核充分接近，需要數(shù)百萬度高溫提供能量但聚變反應一旦實現(xiàn)，所釋放的能量遠大于所吸收的能量因此，總的說來，聚變反應還是釋放熱量故D正確5【答案】A、B、C、D 6【答案】A、B、D7【答案】C 【解析】由帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動規(guī)律知軌道半徑，所以即又由動量守恒定律得所以二、填空題8【答案】質量虧損 中等大小 最穩(wěn)定9【答案】4.2×109 【解析】由質能方程E=mc2知10【答案】1.7×1011 【解析】，E=mc2得： =8.7×1013 J11【答案】(m1+m2m3)c2h 【解析】根據(jù)題意，可知反

11、應中釋放的能量以射線的形式出現(xiàn)。則射線的能量就是反應前后的質量虧損，而射線的能量又與射線的頻率有關容易求解 反應前后的質量虧損為 m=m1+m2m3 釋放的能量為 E=mc2=(m1+m2m3)c2 光子的能量為 h=(m1+m2m3)c2 光子的頻率為 =(m1+m2m3)c2h 解答本題，只要準確地掌握反應前后的質量虧損，也就抓住了解題的脈絡12【答案】 13【答案】 2.78×1012 【解析】核反應方程為 則上述核反應過程中質量虧損為 上式中的質量均可用其原子的質量來代替原子核的質量，這是因為電子質量在上述虧損式中可消去，故 m=11.6505×1027 kg+1.

12、6736×1027 kg2×6.6466×1027 kg=0.0309×1027 kg 由愛因斯坦質能方程可算出釋放的能量為 E=mc2=2.78×1012 J14【答案】2m 15【答案】鏈式反應 輕核的聚變反應16【答案】8.03×1013 2.4×104【解析】1 kg鈾235完全裂變時所釋放的能量為相當于優(yōu)質煤的質量為 三、解答題17【答案】見解析?！窘馕觥浚?）；（2）；18【答案】3.95×1012 J 【解析】這一系列反應最終等效為4p+2e+2設反應后釋放的能量為Q，根據(jù)質能關系和能量守恒得，可得Q

13、=3.95×1012 J19【答案】見解析。【解析】鈾核裂變時放出的能量： E=m×931.5 MeV=0.2153×931.5 MeV=201 MeV 鈾核中含有235個核子，所以平均每個核子放出的能量為： 放出的總能量除以核子的總個數(shù)，就是每個核子放出的能量20【答案】見解析?！窘馕觥浚?）核反應方程是 （2）這一核反應的質量虧損是m=4mp2me=0.0266 u E=m×931.5 MeV=0.0266×931.5 MeV=24.78 MeV （3）由E=mc2得每秒鐘太陽質量減少21【答案】見解析?！窘馕觥浚?）由題目所提供的信息可知，任何天體均存在其所對應的逃逸速度v，對于黑洞來說，其逃逸速度大于真空中的光速，即vc，所以，即它可能的最大半徑為2.93 km （2）把宇宙視為一普通天體，則其質量為，其中r為宇宙半徑，為宇宙密度，則宇宙所對應的逃逸速度為，由于宇