高中物理第十九章原子核7核聚变8粒子和宇宙达标训练新人教选修.docx

7 核聚变 8 粒子和宇宙更上一层楼基础巩固1.下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是( )A.+ B.+C.+ D.+解析：因为轻核结合成质量较大的核叫聚变，此题关键在一个“聚”字，暗示变化之前应至少有两种核，四个选项中只有B选项符合要求.答案：B2.(经典回放)如下一系列核反应是在恒星内部发生的.p+ +e+p+ p+e+ p+其中p为质子，为粒子，e+为正电子，为一种微子，已知质子的质量为mp=1.672 64810-27 kg,粒子的质量为m=6.644 92910-27 kg,正电子的质量为me=9.1110-31 kg,中微子的质量可忽略不计，真空中的光速c=3.00108 m/s，试计算该系列核反应完成后释放的能量.解析：为求出系列反应后释放的能量，将题中所给的诸核反应方程左右两侧分别相加，消去两侧相同的项，系列反应最终等效为4p+2e+2答案：设反应后释放的能量为Q，根据质能关系和能量守恒得4mpc2=mc2+2mec2+Q代入数值可得Q=3.9510-12 J.3.在某些恒星内，3个粒子结合成一个核.的质量是12.000 0 u,的质量是4.002 6 u,这个反应放出多少能量?解析：先求出反应前后的质量亏损，然后由质能方程求出反应中放出的能量.三个粒子结合成一个核的质量亏损为m=3m-mC=34.002 6u-12.000 0u=0.007 8u，则放出的能量为E=0.007 8931.5 MeV=7.265 7 MeV.4.两个氘核聚变产生一个中子和一个氦核(氦的同位素).已知氘核质量mD=2.013 6 u，氦核质量mHe=3.015 0 u，中子质量mn=1.008 7 u.(已知1 u=1.660 56610-27 kg)(1)写出聚变的核反应方程；(2)求该反应中的质量亏损；(3)计算释放出的核能.解析：(1)+(2)m=2mD-mHe-mn=22.013 6 u-3.015 0 u-1.008 7 u=0.003 5 u(3)E=mc2=0.003 5931.5 MeV=3.26 MeV答案：(1)+(2)0.003 5(3)3.26 MeV综合应用5.(经典回放)下面是一核反应方程：+X，用c表示光速，则( )A.X是质子，核反应放出的能量等于质子质量乘以c2B.X是中子，核反应放出的能量等于中子质量乘以c2C.X是质子，核反应放出的能量等于氘核与氘核的质量和减去氦核与质子的质量和，再乘以c2D.X是中子，核反应放出的能量等于氚核的质量和减去氦核与中子的质量和，再乘以c2解析：根据质量数与电荷数守恒，可知X是中子，又由质能方程可知核反应放出的能量：E=(m氘+m氚-m氦-mn)c2，故选D项.答案：D6.目前普遍认为，质子和中子都是由被称为u夸克和d夸克的两类夸克组成.u夸克带电量为e，d夸克带电量为-e，e为基元电荷.下列论断可能正确的是 ( )A.质子由1个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成B.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和2个d夸克组成C.质子由1个u夸克和2个d夸克组成，中子由2个u夸克和1个d夸克组成D.质子由2个u夸克和1个d夸克组成，中子由1个u夸克和1个d夸克组成解析：题目中给出的信息是u夸克与d夸克的电荷量，故应从质子带一个元电荷，中子不带电荷的角度考虑，分析可知选项B正确.答案：B7.(2005广东)下列说法不正确的是( )A.+是聚变B.+2是裂变C.+是衰变D.+是裂变解析：聚变是把轻核结合成质量较大的核并放出核能的过程；裂变是重核分裂成质量较小的核并放出核能的过程；衰变是原子核放出、粒子后，转变为新的原子核的变化.放出粒子叫做衰变，放出粒子叫做衰变.比较以上四式可知，只有D项是不正确的.它应是衰变，而不是裂变.答案：D8.新中国成立后，为了打破西方霸权主义的核威胁，巩固我们来之不易的独立主权，无数科技工作者以全世界独一无二的热情及艰苦奋斗的精神投入核武器的研制工作之中.终于在1964年、1967年成功爆炸我国第一颗原子弹和氢弹，下列核反应方程可表示两弹的爆炸原理的是( )A.+B.+10C.+D.+解析：原子弹利用核裂变而氢弹利用核聚变后而获得巨大核能，故B项对应原子弹而D项对应氢弹的爆炸原理，即轻核聚变，A项为人工核转变，C项为核衰变反应，不合要求.答案：BD9.(2006四川理综)某核反应方程为+X.已知的质量为2.013 6 u.的质量为3.018 u,的质量为4.002 6 u,X的质量为1.008 7 u.则下列说法中正确的是( )A.X是质子，该反应释放能量 B.X是中子，该反应释放能量C.X是质子，该反应吸收能量 D.X是中子，该反应吸收能量解析：由质量数守恒有：X核的核子数：A=2+3-4=1；由电荷数守恒有：X核的质子数：Z=1+1-2=0，由此可得X是中子；由题目给出的已知条件，可算出反应后的质量亏损：m=(2.013 6+3.018-4.002 6-1.008 7)u=0.020 3 u0，由于反应过程存在质量亏损，因此该反应必定释放能量.答案：B10.(2006广东)据新华社报道，由我国自行设计、研制的世界第一套全超导核聚变实验装置(又称“人造太阳”)已完成了首次工程调试.下列关于“人造太阳”的说法正确的是( )A.“人造太阳”的核反应方程是+B.“人造太阳”的核反应方程是+3C.“人造太阳”释放的能量大小的计算公式是E=mc2D.“人造太阳”核能大小的计算公式是E=mc2解析：“人造太阳”是全超导核聚变实验装置，核反应是轻核聚变而不是重核裂变，故选项A正确，选项B错误.核能大小的计算根据爱因斯坦的质能方程，故选项C正确，选项D错误.答案：AC11.核聚变的燃料氘可以从海水中提取.海水中的氘主要以重水的形式存在，含量为0.034 gL-1，从1 L海水中提取的氘发生反应时，能释放多少能量？相当于燃烧多少升汽油？(汽油的燃烧值为4.6107 J/kg)解析：根据题意得出能量之间的关系即可计算.1 L海水含氘0.034 g，合0.017 mol.而1个氘核反应放出17.51 MeV，故1 L海水放出能量为0.0176.03102317.51 MeV=1.781023 MeV，相当于300 L汽油燃烧放出的能量.12.(经典回放)太阳现正在处于主序星演化阶段，它主要是由电子和、等原子核组成，维持太阳辐射的是它内部的核聚变反应，核反应方程是2+4+“释放的核能”，这些核能最后转化为辐射能，根据目前关于恒星的演化的理论，若由聚变反应而使太阳中的核数目从现有数减少10%，太阳将离开主序星阶段而转入红巨星的演化阶段，为了简化，假定目前太阳全部由电子和核组成.(1)为了研究太阳演化进程，需知道目前太阳的质量M，已知地球半径R=6.4106 m.地球质量m=6.01024 kg，日地中心的距离r=1.51011 m，地表面处的重力加速度g=10 m/s2，1年约3.2107s，试估算目前太阳的质量M.(2)已知质子质量mp=1.672 610-27kg，质量ma=6.645 810-27kg，电子质量me=0.910-30kg,光速c=3108 m/s，求每发生一次题中所述的核聚变反应所释放的核能.(3)已知地球上与太阳光垂直的每平方米截面上，每秒通过的太阳辐射能W=1.35103W/m3,试估算太阳继续保持在主序星阶段还有多少年的寿命.(估算结果只要求一位有效数字)解析：利用万有引力定律和牛顿运动定律计算出太阳的质量.根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能.太阳的总辐射能与每秒太阳向外辐射的能量之比就是太阳继续保持在主序星阶段的寿命.(1)设地球绕太阳运动的周期为T，由万有引力定律和牛顿运动定律可知G=m()2r,地球表面的重力速度g=G,由式联立解得M=21030 kg,以题给数据代入，得M=21030 kg.(2)根据质量亏损和质能公式，该核反应每发生一次释放的核能为E=(4mp+2me-m)