2016-2017学年高中物理 第19章 原子核新人教版选修3-5_5

1 第 7、8 节 核聚变、粒子和宇宙 基础夯实 一、选择题(13 题为单选题，4、5 题为多选题) 1(江苏徐州市 20152016 学年高二下学期期末)一典型的铀核裂变方程是 UX Ba Kr3 n，关于该反应，下列说法正确的是 ( )23592 14456 8936 10 导 学 号 96140475 AX 是质子 B该反应是核聚变反应 C U的比结合能小于 Ba的比结合能23592 14456 D释放出的中子对于链式反应的发生没有作用 答案：C 解析：该反应是裂变反应，X 是中子，释放的中子引起链式反应，故 A、B、D 错误； U的比结合能小于 Ba的比结合能，C 正确。23592 14456 22010 年 3月 31日欧洲大型强子对撞机实现首次质子束对撞成功。科学家希望以接 近光速飞行的质子在发生撞击之后，能模拟宇宙大爆炸的能量，并产生新的粒子，帮助人 类理解暗物质、反物质、以及其他超对称现象，从根本上加深了解宇宙本质，揭示宇宙形 成之谜。欧洲科研机构宣布他们已经制造出 9个反氢原子。请推测反氢原子的结构是 ( )导 学 号 96140476 A由 1个带正电荷的质子和 1个带负电荷的电子构成 B由 1个带负电荷的反质子和 1个带正电荷的正电子构成 C由 1个带负电荷的反质子和 1个带负电荷的电子构成 D由 1个不带电荷的中子和 1个带正电荷的正电子构成 答案：B 解析：根据反粒子定义， “反粒子”与“正粒子”具有相同的质量，但带有等量的异性 电荷。 因此 “反氢原子”应该具有与氢原子相同的质量，相反的电荷符号且等量的电荷 量。所以反氢原子是由 H核和 e构成的。1 1 01 32002 年，美国科学杂志评出的2001 年世界十大科技突破中，有一次是加 拿大萨德伯里中微子观测站的结果，该站揭示了中微子失踪的部分中微子在运动过程中转 化为一个 子和一个 子。在上述研究中有以下说法，正确的是 ( )导 学 号 96140477 若发现 子和中微子的运动方向一致，则 子的运动方向与中微子的运动方向一 定相反 若发现 子和中微子的运动方向一致，则 子的运动方向与中微子的运动方向可 能一致 若发现 子和中微子的运动方向相反，则 子的运动方向与中微子的运动方向一 定一致 2 若发现 子和中微子的运动方向相反，则 子的运动方向与中微子的运动方向可 能相反 A B C D 答案：B 解析：中微子在转化为 子和 子的前后过程中满足动量守恒定律。 4国家国防科技工业局首次发布“嫦娥三号”月面虹湾局部影像图，如图所示。科学 家发现在月球上含有丰富的 He(氦 3)。它是一种高效、清洁、安全的核聚变燃料，其参与32 的一种核聚变反应的方程式为 He He2 H He。关于 He聚变下列表述正确的是32 32 1 42 32 ( )导 学 号 96140478 A聚变反应不会释放能量 B聚变反应产生了新的原子核 C聚变反应会有质量亏损 D目前核电站都采用 He聚变反应发电32 答案：BC 解析：聚变反应是将质量较小的轻核聚变成质量较大的核，聚变过程会有质量亏损， 要放出大量的能量。但目前核电站都采用铀核的裂变反应。综上所述，选项 B、C 正确。 5已知 介子、 介子都是由一个夸克(夸克 u或夸克 d)和一个反夸克(反夸克 或反夸克 )组成的，它们带电量如下表所示，表中 e为元电荷。u d 导 学 号 96140479 u d u d 带电量 e e e23 e13 e23 e13 下列说法正确的是( ) A 由 u和 组成 B 由 d和 组成d u C 由 u和 组成 D 由 d和 组成d u 答案：AD 解析：根据题目所给图表可以知道各种粒子的带电量，由电荷守恒定律可得 A、D 正确， B、C 错误。 二、非选择题 3 6产生聚变的条件是_，我们往往采用_的方法来满足上述条件，这种 反应叫做_，太阳每秒钟辐射出来的能量约为 3.81026J，就是从_反应中 产生的，太阳内部时刻进行着 4个质子结合成一个氦核的反应，试写出核反应方程 _。 导 学 号 96140480 答案：使轻核之间的距离减小到 1015 m 把它们的温度加热到很高 热核反应 热核 4 H He2 e1 42 01 7(江苏泰州二中 20152016 学年高二下学期检测)太阳的能量来自氢核聚变：即四 个质子(氢核)聚变一个 粒子，同时发射两个正电子和两个没有静止质量的中微子。如果 太阳辐射能量的功率为 P，质子 H、氦核 He、正电子 e的质量分别为 mP、 ma、 me，真空1 42 10 的光速为 c，则 导 学 号 96140481 (1)写出上述核反应方程式； (2)计算每一次聚变所释放的能量 E； (3)计算 t时间内因聚变生成的 粒子数 n。 答案：(1)4 H He2 e (2) E(4 mP ma me)c21 42 01 (3) Pt 4mp ma 2me c2 解析：(1)核反应方程式为：4 H He2 e；1 42 01 (2)核反应过程中的质量亏损 m(4 mP ma me)，根据爱因斯坦质能方程： E mc2可知，核反应释放的能量， E(4 mP ma me)c2。 (3)设 t时间内因聚变生成的 粒子数为 n， 依据能量关系 Pt n E 有， n Pt E Pt 4mp ma 2me c2 能力提升 一、选择题(13 题为单选题，4、5 题为多选题) 1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)、magnet(磁)的头两个字母以及 kotushka(线圈)的第 一个字母组成的缩写词。根据以上信息，下列判断中错误的是 ( )导 学 号 96140482 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 4 C这种装置是科学家设想的其中一种方案 D该装置是利用聚变物质的惯性进行约束 答案：D 解析：聚变反应原料在装置中发生聚变，放出能量，故 A对；线圈通电时产生磁场， 带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用旋转而不溢出，故 B对，该装置是科学家设想的其中一 种方案是磁约束装置，另一种方案是利用聚变物质的惯性进行约束，故 C对 D错。 2一个质子和一个中子聚变结合成一个氘核，同时辐射一个 光子。已知质子、中 子、氘核的质量分别为 m1、 m2、 m3，普朗克常量为 h，真空中的光速为 c。下列说法正确的 是 ( )导 学 号 96140483 A核反应方程是 H n H 1 10 31 B聚变反应中的质量亏损 m m1 m2 m3 C辐射出的 光子的能量 E( m3 m1 m2)c2 D 光子的波长 h m1 m2 m3 c2 答案：B 解析： H n H ，选项 A错误；由题可知，该反应的质量亏损为1 10 21 m m1 m2 m3，选项 B正确；根据爱因斯坦的质能方程 E mc2得，该反应辐射出的 光子的能量为 E( m1 m2 m3)c2，选项 C错误；由 E h h 得， c ，选项 D错误。 h m1 m2 m3 c 3(江苏泰州二中 20152016 学年高二下学期检测)“轨道电子俘获”是放射性同位 素衰变的一种形式，它是指原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变 为中子，并放出一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。中微子的质量远小于 质子的质量，且不带电，很难被探测到，人们最早就是通过核的反冲而间接证明中微子的 存在的。一个静止的原子核发生“轨道电子俘获” ，衰变为子核并放出中微子，下列说法正 确的是 ( )导 学 号 96140484 A母核的质量数小于子核的质量数 B母核的电荷数大于子核的电荷数 C子核的动量与中微子的动量相同 D子核的动能大于中微子的动能 答案：B 解析：原子核(称为母核)俘获一个核外电子，使其内部的一个质子变为中子，并放出 一个中微子，从而变成一个新核(称为子核)的过程。电荷数少 1，质量数不变，故 A错误， B正确；原子核(称为母核)俘获电子的过程中动量守恒，初状态系统的总动量为 0，则子核 5 的动量和中微子的动量大小相等，方向相反，故 C错误；子核的动量大小和中微子的动量 大小相等，由于中微子的质量很小，根据 Ek 知，中微子的动能大于子核的动能，故 D p22m 错误，故选 B。 4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 ( )导 学 号 96140485 A “人造太阳”的核反应方程是 H H He n21 31 42 10 B “人造太阳”的核反应方程是 U n Ba Kr3 n23592 10 14156 9236 10 C “人造太阳”释放的能量大小的计算公式是 E mc2 D “人造太阳”核能大小的计算公式是 E mc2 12 答案：AC 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。 5(江西南昌二中 20152016 学年高二下学期期中) K 介子衰变的方程为 K 0，其中 K 介子和 介子带负的元电荷 e， 0介子不带电， 介子的质量 为 m。如图所示，两匀强磁场方向相同，以虚线 MN为理想边界，磁感应强度分别为 B1、 B2。今有一个 K 介子沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 B1中，其轨迹为圆弧 AP， P 在 MN上， K 在 P点时的速度为 v，方向与 MN垂直。在 P点该介子发生了上述衰变。衰变 后产生的 K 介子沿 v反方向射出，其运动轨迹为如图虚线所示的“心”形图线。则以下说 法正确的是 ( )导 学 号 96140486 A 0介子做匀速直线运动 B 介子的运行轨迹为 PENCMDP C 介子运行一周回到 P用时为 t 2 meR1 D B12 B2 答案：AD 解析： 0介子不带电，不受洛伦兹力作用，故做匀速直线运动，A 正确；根据左手定 则可知： 介子从 P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场 B1时，受到的洛伦兹力方向向 6 上，所以 介子的运行轨迹为 PDMCNEP，故 B错误； 介子在整个过程中，在匀强磁场 B1中运动两个半圆，即运动一个周期，在匀强磁场 B2中运动半个周期，所以 T ，故 C错误；由图象可知， 在匀强磁场 B1中运动半径是匀强磁场 B2中运 2 mB1e mB2e 动半径的一半，根据 r 可知， B12 B2，故 D正确。 mvqB 二、非选择题 6如下一系列核反应是在恒星内部发生的。 导 学 号 96140487 p C N N Ce 126 137 137 136 p C N p N O136 147 147 158 O Ne p N C 158 157 157 126 其中 p为质子， 为 粒子，e 为正电子， 为中微子，已知质子的质量为 mp1.672 6481027 kg， 粒子的质量