高中物理人教版5第十九章原子核 第十九章78粒子和宇宙

第十九章原子核7核聚變8粒子和宇宙1．(多選)關(guān)于人們發(fā)現(xiàn)的新粒子，下列說法正確的是()A．許多粒子都有自己的反粒子B．把粒子分為強(qiáng)子、輕子、媒介子的根據(jù)是粒子與各種相互作用的關(guān)系C．質(zhì)子屬于強(qiáng)子D．光子屬于輕子解析：根據(jù)粒子的分類、粒子與反粒子的描述知A、B、C項(xiàng)正確；光子屬于媒介子，故D項(xiàng)錯(cuò)誤．答案：ABC2．(多選)如圖所示，托卡馬克(Tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnit(磁)的頭兩個(gè)字母以及katushka(線圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫詞．根據(jù)以上信息，下述判斷中可能正確的是()A．這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(shí)釋放出大量的能量，和太陽發(fā)光的原理類似B．線圈的作用是通電產(chǎn)生磁場使帶電粒子在磁場中旋轉(zhuǎn)而不溢出C．這種裝置同我國秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同D．這種裝置可以控制熱核反應(yīng)速度，使聚變能緩慢而穩(wěn)定地進(jìn)行解析：聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A項(xiàng)正確；線圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場，帶電粒子在磁場中受洛倫茲力作用不飛出，故B項(xiàng)正確；核電站的原理是裂變，托爾馬克的原理是聚變，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；該裝置使人們可以在實(shí)驗(yàn)室控制反應(yīng)速度，平穩(wěn)釋放核能，故D項(xiàng)正確．答案：ABD3．一個(gè)氘核(eq\o\al(2,1)H)與一個(gè)氚核(eq\o\al(3,1)H)發(fā)生聚變，產(chǎn)生一個(gè)中子和一個(gè)新核，并出現(xiàn)質(zhì)量虧損．聚變過程中()A．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeB．放出能量，生成的新核是eq\o\al(4,2)HeC．吸收能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)HeD．放出能量，生成的新核是eq\o\al(3,2)He解析：聚變反應(yīng)出現(xiàn)質(zhì)量虧損，一定放出能量，由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒可知，生成的新核是eq\o\al(4,2)He，選項(xiàng)B正確．答案：B4．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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X，式中X是某種粒子．已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子X的質(zhì)量分別為1u、1u、6u和7u；1u＝eq\f,c2)MeV，c是真空中的光速．由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子X是________，該反應(yīng)釋放出的能量為________MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．解析：根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得X是eq\o\al(1,0)n(中子)．核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝1u＋1u－6u－7u＝9u所以該反應(yīng)釋放出的能量為ΔE＝Δm·c2＝MeV.答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)1．(多選)雷蒙德·戴維斯因研究來自太陽的中微子(νe)而獲得了2023年度諾貝爾物理學(xué)獎．他探測中微子所用的探測器的主體是一個(gè)貯滿615噸四氯乙烯(C2Cl4)溶液的巨桶，中微子可以將一個(gè)氯核轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)氬核，其核反應(yīng)方程式為νe＋eq\o\al(37,17)Cl→eq\o\al(37,18)Ar＋eq\o\al(0,－1)e.已知eq\o\al(37,17)Cl核的質(zhì)量為58u，eq\o\al(37,18)Ar核的質(zhì)量為91u，eq\o\al(0,－1)e的質(zhì)量為55u，1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為MeV.根據(jù)以上信息，可以判斷()A．中微子不帶電B．中微子就是中子\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是同位素D．參與上述反應(yīng)的中微子的最小能量約為MeV解析：在核反應(yīng)中，電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒，可以判斷中微子所帶電荷數(shù)是零，質(zhì)量數(shù)是零，故A項(xiàng)正確；而中子的質(zhì)量數(shù)是1，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；同位素是電荷數(shù)相等，質(zhì)量數(shù)不等的同種元素，而eq\o\al(37,17)Cl和eq\o\al(37,18)Ar是兩種不同的元素，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；由愛因斯坦質(zhì)能方程得中微子的質(zhì)量m＝55＋91－58)u＝88u，而1u質(zhì)量對應(yīng)的能量為MeV，所以中微子的最小能量是E＝×88MeV≈MeV，故D項(xiàng)正確．答案：AD2．(多選)下列說法正確的是()\o\al(15,)7N＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(12,)6C＋eq\o\al(4,2)He是α衰變方程\o\al(1,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋γ是核聚變反應(yīng)方程\o\al(238,92)U→eq\o\al(234,90)Th＋eq\o\al(4,2)He是核裂變反應(yīng)方程\o\al(4,2)He＋eq\o\al(27,13)Al→eq\o\al(30,15)P＋eq\o\al(1,0)n是原子核的人工轉(zhuǎn)變方程解析：核反應(yīng)類型分四種，核反應(yīng)方程的特點(diǎn)各有不同，衰變方程的左邊只有一個(gè)原子核，右邊出現(xiàn)α或β粒子．聚變方程的左邊是兩個(gè)輕核反應(yīng)，右邊是中等質(zhì)量的原子核．裂變方程的左邊是重核與中子反應(yīng)，右邊是中等質(zhì)量的原子核．人工核轉(zhuǎn)變方程的左邊是氦核與常見元素的原子核反應(yīng)，右邊也是常見元素的原子核．由此可知B、D兩選項(xiàng)正確．答案：BD3．下面是一核反應(yīng)方程：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋X.用c表示光速，則()A．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘以c2B．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于中子質(zhì)量乘以c2C．X是質(zhì)子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與質(zhì)子的質(zhì)量和，再乘以c2D．X是中子，核反應(yīng)放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子質(zhì)量和，再乘以c2解析：由質(zhì)量數(shù)守恒及核電荷數(shù)守恒定律可得X為eq\o\al(1,0)n(中子)，再據(jù)質(zhì)能方程可得核反應(yīng)放出的能量為反應(yīng)前后質(zhì)量虧損與c2的乘積，故D項(xiàng)正確．答案：D4．關(guān)于核聚變，以下說法不正確的是()A．與裂變相比輕核聚變輻射極少，更為安全、清潔B．世界上已經(jīng)有利用核聚變能來發(fā)電的核電站C．要使輕核發(fā)生聚變，必須使它們的距離達(dá)到10－15m以內(nèi)，D．地球聚變?nèi)剂系膬α渴重S富，從海水中可以提煉出大量核聚變所需的氘核解析：與裂變相比，核聚變有下面的幾個(gè)優(yōu)勢：(1)安全、清潔、輻射少；(2)核燃料儲量多；(3)核廢料易處理．但核聚變發(fā)電還沒有投入實(shí)際運(yùn)行．所以B項(xiàng)是不正確的．答案：B5．(多選)2006年9月28日，我國最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次發(fā)電，顯示了“EAST”裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1000s，溫度超過1億度，標(biāo)志著我國磁約束核聚變研究進(jìn)入國際先進(jìn)水平．合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類全超導(dǎo)非圓截面核聚實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方．核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富，已知氘核的質(zhì)量為m1，中子質(zhì)量為m2，eq\o\al(3,2)He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說法中正確的是()A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子B．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子C．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)eq\o\al(3,2)He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2D．與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性解析：由核反應(yīng)方程知2eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)X，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小．而現(xiàn)實(shí)運(yùn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確．答案：BD6．太陽因核聚變釋放出巨大的能量，同時(shí)其質(zhì)量不斷減少．太陽每秒鐘輻射出的能量約為4×1026J，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程，太陽每秒鐘減少的質(zhì)量最接近()A．1036kg BC．1013kg解析：根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程得：Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(4×1026,9×1016)kg≈×109kg，D正確．答案：D7．歷史上第一次利用加速器實(shí)現(xiàn)的核反應(yīng)，是用加速后動能為MeV的質(zhì)子eq\o\al(1,1)H轟擊靜止的eq\o\al(A,Z)X，生成兩個(gè)動能均為MeV的eq\o\al(4,2)He(1MeV＝×10－13J)．(1)上述核反應(yīng)方程為________________．(2)質(zhì)量虧損為____________kg.解析：(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He.(2)Δmc2＝E末－E初，所以Δm＝eq\f(E末－E初,c2)＝eq\f(（2×－）××10－13,（3×108）2)kg≈×10－29kg.答案：(1)eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)X→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He或eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(7,3)Li→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(4,2)He(2)×10－298．假設(shè)兩個(gè)氘核在一直線上相碰發(fā)生聚變反應(yīng)生成氦的同位素和中子，已知氘核的質(zhì)量是6u，中子的質(zhì)量是7u，氦核同位素的質(zhì)量是0u.(1)聚變的核反應(yīng)方程式是______________，在聚變核反應(yīng)中釋放出的能量為____________MeV(保留兩位有效數(shù)字)；(2)若氚核和氦核發(fā)生聚變生成鋰核，反應(yīng)方程式為eq\o\al(3,1)H＋eq\o\al(4,2)He→eq\o\al(7,3)Li，已知各核子比結(jié)合能分別為EH＝MeV、EHe＝MeV、ELi＝MeV，試求此核反應(yīng)過程中釋放的核能．解析：(1)根據(jù)題中條件，可知核反應(yīng)方程式為：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(1,0)n.核反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損：Δm＝2mH－(mHe＋mn)＝2×6u－0＋7)u≈×10－3u.由于1u的質(zhì)量與MeV的能量相對應(yīng)，所以氘核聚變時(shí)放出的能量：ΔE＝×10－3×MeV≈