20192020學(xué)年高二物理人教版選修35同步作業(yè)197核聚變粒子和宇宙Word版含答案

課時(shí)7核聚變粒子和宇宙對(duì)應(yīng)學(xué)生用書P61一、選擇題1．2015年7月3日，從日本名古屋飛往檀香山的全世界最大太陽能飛機(jī)“陽光動(dòng)力2號(hào)”下降在美國夏威夷州首府檀香山的機(jī)場(chǎng)。太陽不停地向外輻射能量，仍保持1千萬攝氏度以上的高溫，其主要原由是太陽內(nèi)部進(jìn)行著強(qiáng)烈的( )A．衰變反響B(tài)．人工核反響C．裂變反響D．熱核反響答案D分析太陽的內(nèi)部時(shí)刻都在進(jìn)行著氫核的聚變，即熱核反響，故D正確。2．發(fā)生輕核聚變的方法是( )A．用中子轟擊B．保持室溫環(huán)境，增大壓強(qiáng)C．把物質(zhì)加熱到幾百萬攝氏度以上的高溫D．用γ光子照耀答案C分析輕核聚變反響時(shí)核子之間距離達(dá)到10－15m，要使它們靠近到這類程度，一定戰(zhàn)勝巨大的庫侖斥力，用中子轟擊，γ光子照耀和保持室溫、增大壓強(qiáng)都達(dá)不到，故A、B、D錯(cuò)誤；當(dāng)把物質(zhì)加熱到幾百萬攝氏度的高溫時(shí)，一部分原子核擁有足夠的動(dòng)能戰(zhàn)勝庫侖斥力撞到一同發(fā)生核聚變反響，故C正確。3．宇宙出生過程中，產(chǎn)生以下粒子：①光子、中微子、電子等大批輕子；②氘核、氚核、氦3、氦核等輕核；③夸克、輕子、膠子等粒子；④質(zhì)子和中子等強(qiáng)子；⑤電子、質(zhì)子、氦核的混淆電離氣體；⑥電子、質(zhì)子復(fù)合成為中性氫原子。依據(jù)宇宙大爆炸理論，以上粒子形成的先后次序是( )A．①②③④⑤⑥B．③①④②⑤⑥C．③④①②⑤⑥D(zhuǎn)．①③④②⑥⑤答案C分析依據(jù)宇宙大爆炸理論，宇宙形成之初是粒子家族，后來產(chǎn)生了夸克、輕子、膠子等粒子，而后按強(qiáng)子時(shí)代、輕子時(shí)代、核合成時(shí)代、混淆電離氣體、中性氫原子的次序演化，故C正確。4．原子核聚變可望給人類將來供給豐富的干凈能源。當(dāng)氘等離子體被加熱到適合高溫時(shí)，氘核參加的幾種聚變反響可能發(fā)生，放出能量。這幾種反響的總成效能夠表示為241＋1＋，由均衡條件可知61H→2＋10( )kHedH2n43.15MeVA．k＝1，d＝4B．k＝2，d＝2C．k＝1，d＝6D．k＝2，d＝3答案B分析依據(jù)核反響過程中質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒知2k＋d＝6k＝2，B正確。，解得d＝24k＋d＋2＝12234He＋X。用c表示光速，則( )112A．X是質(zhì)子，核反響放出的能量等于質(zhì)子質(zhì)量乘c2B．X是中子，核反響放出的能量等于中子質(zhì)量乘c2C．X是質(zhì)子，核反響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c2D．X是中子，核反響放出的能量等于氘核與氚核的質(zhì)量和減去氦核與中子的質(zhì)量和，再乘c2答案D分析由質(zhì)量數(shù)守恒及電荷數(shù)守恒可得1，再依據(jù)質(zhì)能方程可得X為0中子n( )核反響放出的能量為反響前后質(zhì)量損失與c2的乘積，故D正確。6．對(duì)于輕核聚變開釋核能，以下說法正確的選項(xiàng)是( )A．一次聚變反響必定比一次裂變反響開釋的能量多B．聚變反響必定比裂變反響每個(gè)核子開釋的均勻能量大C．聚變反響中粒子的均勻聯(lián)合能變小D．聚變反響中因?yàn)樾纬少|(zhì)量較大的核，故反響后質(zhì)量增添答案B分析在一次聚變反響中開釋的能量不必定比裂變反響多，但均勻每個(gè)核子開釋的能量必定大，故A錯(cuò)誤，B正確；因?yàn)榫圩兎错懼虚_釋出巨大能量，則平均聯(lián)合能必定增添，質(zhì)量發(fā)生損失，故C、D錯(cuò)誤。7．(多項(xiàng)選擇)能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問題的門路之一，以下開釋核能的反響方程，表述正確的有( )A.31H＋21H→42He＋10n是核聚變反響3241B.1H＋1H→2He＋0n是β衰變C.23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂變反響D.23592U＋10n→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰變答案AC分析兩個(gè)輕核聚合成一個(gè)較重的核的反響為核聚變反響，故A正確、B錯(cuò)誤。重核被粒子轟擊后分裂成兩此中等質(zhì)量的原子核的反響為核裂變反響，故C正確。原子核放出α或β粒子后變?yōu)榱硪环N原子核的反響稱為原子核的衰變，故錯(cuò)誤。8．(多項(xiàng)選擇)以下說法中正確的選項(xiàng)是( )A．當(dāng)前還未發(fā)現(xiàn)媒介子、輕子和夸克三類粒子的內(nèi)部構(gòu)造B．自然界存在的能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律，對(duì)基本粒子不合用C．反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象D．強(qiáng)子是參加強(qiáng)互相作用的粒子，質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子答案ACD分析媒介子、輕子和夸克在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)中還沒有發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部構(gòu)造，故A正確；自然界存在的能量守恒定律、動(dòng)量守恒定律及電荷守恒定律，對(duì)基本粒子也合用，B錯(cuò)誤；反粒子與其對(duì)應(yīng)的粒子相遇時(shí)會(huì)發(fā)生湮滅現(xiàn)象，故C正確；質(zhì)子是最早發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)子，故D正確。9．(多項(xiàng)選擇)據(jù)新華社報(bào)導(dǎo)，由我國自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱“人造太陽”)已達(dá)成了初次工程調(diào)試。以下對(duì)于“人造太陽”的說法正確的選項(xiàng)是( )A．“人造太陽”的核反響方程是23411120B．“人造太陽”的核反響方程是235114192192U＋0n→56Ba＋36Kr＋30nC．依據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量同樣時(shí)，聚變反響開釋的能量比裂變反響大得多D．依據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量同樣時(shí)，聚變反響開釋的能量與裂變反響同樣答案AC分析23411H＋1H→2He＋0n是氫核聚變方程，故A正確，B錯(cuò)誤；依據(jù)核聚變特色，同樣質(zhì)量的核燃料，核聚變開釋的能量比裂變反響大得多，故C正確，D錯(cuò)誤。10．(多項(xiàng)選擇)月球土壤里大批存在著一種叫做“氦3(32He)”的化學(xué)元素，是熱核聚變的重要原料?？茖W(xué)家初步預(yù)計(jì)月球上起碼有100萬噸氦3，假如有關(guān)技術(shù)3開發(fā)成功，將可為地球帶來取之不盡的能源。對(duì)于“氦3(2He)”與氘核聚變產(chǎn)生4)2He，以下說法正確的選項(xiàng)是(3241H2121B．核反響生成物的質(zhì)量將大于參加反響物的質(zhì)量C．氦3(32He)一個(gè)核子的聯(lián)合能大于氦4(42He)一個(gè)核子的聯(lián)合能3D．氦3(2He)的原子核與一個(gè)氘核發(fā)生聚變將放出能量答案AD分析依據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒和已知條件能夠?qū)懗龊朔错懛匠虨?2He241＋1H→2He＋1H，故A正確；因?yàn)榇撕朔错戇^程中放出能量將出現(xiàn)質(zhì)量損失，故B、C錯(cuò)誤，D正確。11．一個(gè)質(zhì)子和一此中子聚變聯(lián)合成一個(gè)氘核，同時(shí)輻射一個(gè)γ光子。已知質(zhì)子、中子、氘核的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，普朗克常量為，真空中的光速h為c。以下說法正確的選項(xiàng)是()113101B．聚變反響中的質(zhì)量損失m＝m1＋m2－m3C．輻射出的γ光子的能量E＝(m3－m1－m2)chD．γ光子的波長λ＝m1＋m2－m3c2答案B分析由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒知，質(zhì)子與中子的聚變方程為1121H＋0n→1H＋γ，A錯(cuò)誤；由題意知，該反響的質(zhì)量損失為m＝m1＋m2－m3，B正確；依據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2得，該反響輻射出的γ光子的能量為E＝(m1＋m2－m32，C錯(cuò)誤；由E＝hν＝hc得，λ＝h，D錯(cuò)誤。)cλm1＋m2－m3c12.－－－0－－K介子衰變的方程為：K→π＋π，此中K介子和π介子是帶負(fù)電的粒子，0－介子沿垂直于磁場(chǎng)的方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其軌跡為圓π介子不帶電。一個(gè)K－弧AP，衰變后產(chǎn)生的π介子的軌跡為圓弧PB，兩軌跡在P點(diǎn)相切以下圖，它們的半徑RK0－－－0大小與π的動(dòng)量大小之比為( )A．1∶1B．1∶2C．1∶3D．1∶6答案C分析由帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律知：mvp軌道半徑R＝Bq＝Bq∝ppK－RK－2所以＝＝pπ－Rπ－11即pπ－＝2pK－又由動(dòng)量守恒定律pK－＝pπ0－pπ－3得pπ0＝pK－＋pπ－＝2pK－pπ－1所以＝。pπ03213．熱核反響所用的燃料——氘(1H)在地球上儲(chǔ)量特別豐富。(1)寫出兩個(gè)氘核聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的核反響方程________________。(2)若氘核的質(zhì)量為m1，氦核的質(zhì)量為m2，真空中光速為c，則兩個(gè)氘核聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核開釋的能量為________。答案2241－m22(1)1H＋1→2)cHHe'(2)(2m分析(1)12H＋12H→24He。(2)兩個(gè)氘核聚變?yōu)橐粋€(gè)氦核的過程中，質(zhì)量損失為m＝2m1－m2，所以，開釋的能量為E＝mc2＝(2m1－m2)c2。14．恒星向外輻射的能量來自于其內(nèi)部發(fā)生的各樣熱核反響，當(dāng)溫度達(dá)到108K時(shí)，能夠發(fā)生“氦焚燒”。48(1)達(dá)成“氦焚燒”的核反響方程：2He＋________→4Be＋γ。8是一種不穩(wěn)固的粒子，其半衰期為－16s。必定質(zhì)量的8Be，經(jīng)(2)4Be2.6×104－16s后所剩87.8×104Be占開始時(shí)的________。41答案(1)2He'(2)8(或12.5%)分析(1)依據(jù)核反響方程質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒定律可知，448Be＋224He＋He→γ。8的半衰期為2.6×10－16s，經(jīng)過7.8×10－16s后，也就是經(jīng)過3個(gè)半衰(2)4Be期后節(jié)余的質(zhì)量為1n1381m′＝2m＝2m，所剩4Be占開始時(shí)的8。15．一個(gè)質(zhì)子和兩此中子聚變?yōu)橐粋€(gè)氚核，已知質(zhì)子質(zhì)量為mH＝1.0073u，中子質(zhì)量為mn＝1.0087u，氚核質(zhì)量為m＝3.0155u。(1)寫出聚變方程；(2)開釋出的核能是多大？(3)均勻每個(gè)核子開釋的能量是多大？答案(1)11H＋210n→31H'(2)8.57MeV(3)2.86MeV分析113(1)聚變方程為：101H＋2n→H。(2)質(zhì)量損失為：m＝mH＋2mn－m＝(1.0073＋2×1.0087－3.0155)u＝0.0092u，開釋出的核能：E＝mc2＝0.0092×931.5MeV≈8.57MeV。(3)均勻每個(gè)核子放出的能量為8.57E＝3MeV＝2.86MeV。16．兩個(gè)氘核聚變產(chǎn)生一此中子和一個(gè)氦核(氦的同位素)。已知氘核質(zhì)量mD＝2.0136u，氦核質(zhì)量mHe＝3.0150u，中子質(zhì)量mn＝1.0087u。(1)寫出聚變方程并計(jì)算出開釋的核能；(2)若反響前兩氘核的動(dòng)能均為EkD＝0.35MeV。它們正面對(duì)心碰撞發(fā)生聚變，且反響后開釋的核能所有轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，則反響產(chǎn)生的氦核和中子的動(dòng)能各為多大？231答案(1)21→2＋03.26MeVHHen(2)0.99MeV2.97MeV分析這是一道核能與動(dòng)量守恒和能量守恒的綜合性題目，解題中要明確能量的轉(zhuǎn)變過程。(1)聚變的核反響方程為23121H→2He＋0n。這個(gè)核反響中的質(zhì)量損失m＝2mD－(mHe＋mn)＝(2×2.0136－3.0150－1.0087)u＝0.0035u。開釋的核能E＝0.0035×931.5MeV≈3.26MeV。(2)把兩個(gè)氘核作為一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)撞過程中動(dòng)量守恒，因?yàn)榉错懬皟呻藙?dòng)能同樣，其動(dòng)量等值反向，所以反響前后系統(tǒng)的總動(dòng)量