2016-2017学年高中物理 第十九章 原子核新人教版选修3-5_5

1 第十九章 原子核 7 核聚变 8 粒子和宇宙 1(多选)关于人们发现的新粒子，下列说法正确的是( ) A许多粒子都有自己的反粒子 B把粒子分为强子、轻子、媒介子的根据是粒子与各种相互作用的关系 C质子属于强子 D光子属于轻子 解析：根据粒子的分类、粒子与反粒子的描述知 A、B、C 项正确；光子属于媒介子， 故 D 项错误 答案：ABC 2(多选)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)、kamera(真空室)、magnit(磁)的头两个字母以及 katushka(线圈)的第 一个字母组成的缩写词根据以上信息，下述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 A 项正确；线圈通电时产生磁 场，带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用不飞出，故 B 项正确；核电站的原理是裂变，托尔 马克的原理是聚变，故 C 项错误；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 D 项正确 答案：ABD 3一个氘核( H)与一个氚核( H)发生聚变，产生一个中子和一个新核，并出现质量亏21 31 2 损聚变过程中( ) A吸收能量，生成的新核是 He42 B放出能量，生成的新核是 He42 C吸收能量，生成的新核是 He32 D放出能量，生成的新核是 He32 解析：聚变反应出现质量亏损，一定放出能量，由质量数守恒和电荷数守恒可知，生 成的新核是 He，选项 B 正确42 答案：B 4氘核和氚核可发生热核聚变 而释放出巨大的能量，该反应方程为： H H HeX，式中 X 是某种粒子已知： H、 H、 He 和粒子 X 的质量分别为 2.014 1 21 31 42 21 31 42 u、3.016 1 u、4.002 6 u 和 1.008 7 u；1 u MeV， c 是真空中的光速由上述反 931.5c2 应方程和数据可知，粒子 X 是_，该反应释放出的能量为_MeV(结果保留 3 位有效数字) 解析：根据质量数和电荷数守恒可得 X 是 n(中子)核反应中的质量亏损为10 m2.014 1 u3.016 1 u 4.002 6 u1.008 7 u0.018 9 u 所以该反应释放出的 能量为 E mc217.6 MeV. 答案： n(或中子) 17.610 1(多选)雷蒙德戴维斯因研究来自太阳的中微子( e)而获得了 2002 年度诺贝尔物 理学奖他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满 615 吨四氯乙烯(C 2Cl4)溶液的巨桶， 中微子可以将一个氯核转变为一个氩核，其核反应方程式为 e Cl Ar e.已知371 3718 0 1 Cl 核的质量为 36.956 58 u， Ar 核的质量为 36.956 91 u， e 的质量为 0.000 55 371 3718 0 1 u，1 u 质量对应的能量为 931.5 MeV.根据以上信息，可以判断( ) A中微子不带电 B中微子就是中子 C. Cl 和 Ar 是同位素371 3718 D参与上述反应的中微子的最小能量约为 0.82 MeV 解析：在核反应中，电荷数守恒，质量数守恒，可以判断中微子所带电荷数是零，质 量数是零，故 A 项正 确；而中子的 质量数是 1，故 B 项错误；同位素是电荷数相等，质量 数不等的同种元素，而 Cl 和 Ar 是两种不同的元素，故 C 项错误；由爱因斯坦质能方371 3718 程得中微子的质量 m(0.000 5536.956 9136.956 58)u0.000 88 u，而 1 u 质量 对应的能量为 931.5 MeV，所以中微子的最小能量是 E 931.50.000 88 MeV0.82 3 MeV，故 D 项正确 答案：AD 2(多选)下列说法正确的是( ) A. 7N H 6C He 是 衰变方程15 1 12 42 B. H H He 是核聚变反应方程1 21 32 C . U Th He 是核裂变反应方程23892 23490 42 D. He Al P n 是原子核的人工转变方程42 2713 3015 10 解析：核反应类型分四种，核反应方程的特点各有不同，衰变方程的左边只有一个原 子核，右边出现 或 粒子聚变方程的左边是两个轻核反应，右边是中等质量的原子 核裂变方程的左边是重核与中子反应，右边是中等质量的原子核人工核转变方程的左 边是氦核与常见元素的原子核反应，右边也是常见元素的原子核由此可知 B、D 两选项正 确 答案：BD 3下面是一核反应方程： H H HeX.用 c 表示光速，则( )21 31 42 AX 是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以 c2 BX 是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以 c2 CX 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 乘以 c2 DX 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质量和，再 乘以 c2 解析：由质量数守恒及核电荷数守恒定律可得 X 为 n(中子)，再据质能方程可得核反10 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 答案：D 4关于核聚变，以下说法不正确的是( ) A与裂变相比轻核聚变辐射极少，更为安全、清洁 B世界上已经有利用核聚变能来发电的核电站 C要使轻核发生聚变，必须使它们的距离达到 1015 m 以内，核力才能起作用 D地球聚变燃料的 储量十分丰富，从海水中可以提炼出大量核聚变所需的氘核 解析：与裂变相比，核聚变有下面的几个优势：(1)安全、清洁、辐射少；(2)核燃料 储量多；(3)核废料易处理但核聚变发电还没有投入实际运行所以 B 项是不正确的 答案：B 5(多选)2006 年 9 月 28 日，我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次发电， 显示了“EAST”装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达 1 000 s，温度超过 1 亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平 合肥也成为世界上第一个建成此 4 类全超导非圆截面核聚实验装置并能实际运行的地方核聚变的主要原料是氘，在海水中 含量极其丰富，已知氘核的质量为 m1，中子质量为 m2， He 的质量为 m3，质子的质量为32 m4，则下列说法中正确的是( ) A两个氘核聚变成一个 He 所产生的另一个 粒子是质子32 B两个氘核聚变成一个 He 所产生的另一个粒子是中子32 C两个氘核聚变成 一个 He 所释放的核能为(2 m1 m3 m4)c232 D与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性 解析：由核反应方程知 2 H He X，X 应为中子，释放的核能应为21 32 10 E(2 m1 m3 m2)c2，聚变反应的污染非常小而现实运行的裂变反应的废料具有很强的 放射性，故 A、C 错误，B、D 正确 答案：BD 6太阳因核聚变释放出巨大的能量，同时其质量不断减少太阳每秒钟辐射出的能量 约为 41026J，根据爱因斯坦质能 方程，太阳每秒钟减少的质量最接近( ) A10 36 kg B10 18 kg C10 13 kg D10 9 kg 解析：根据爱因斯坦的质能方程得： m kg4.410 9kg，D 正确 Ec2 4102691016 答案：D 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 H 轰1 击静止的 X，生成两个动能均为 8.9 MeV 的 He(1 MeV1.610 13 J)AZ 42 (1)上述核反应方程为_ (2)质量亏损为_kg. 解析：(1) H X He He 或 H Li He He.1 73 42 42 1 73 42 42 (2) mc2 E 末 E 初 ，所以 m kg3.110 29 kg. E末 E初c2 （ 28.9 0.5） 1.610 13（ 3108） 2 答案：(1) H X He He 或 H Li He He1 73 42 42 1 73 42 42 (2)3.11029 8假设两个氘核在一直线上相碰发生聚变反应生成氦的同位素和中子，已知氘核的质 量是 2.013 6 u，中子的质量是 1.008 7 u，氦核同位素的质量是 3.015 0 u. (1)聚变的核反应方程式是_，在聚变核反应中释放出的能量为_ _MeV(保留两位有效数字 )； (2)若氚核和氦核发生聚变生成锂核，反应方程式为 H He Li，已知各核子比结31 42 73 合能分别为 EH1.112 MeV、 EHe7.075 MeV、 ELi5.603 MeV，试求此核反应过程中释放 5 的核能 解析：(1)根据题中条件，可知核反应方程式为： H H He n.21 21 32 10 核反应过程中的质量亏损： m2 mH( mHe mn)22.013 6 u(3.015 01.008 7)u3.510 3 u. 由于 1 u 的质量与 931.5 MeV 的能量相对应，所以氘核聚变时放出的能量： E3.510 3 931.5 MeV3.3 MeV. (2