高中物理 第十九章 第7、8节核聚变 粒子和宇宙课下作业综合提升 新人教版选修3-5

【创新方案】高中物理第十九章第7、8节核聚变粒子和宇宙课下作业综合提升新人教版选修3-51．以下说法正确的是()A．最早发现的轻子是电子，最早发现的强子是中子B．质子、中子、介子和超子都属于强子C．强子、轻子都有内部结构D．τ子质量比核子质量大，τ子不属于轻子解析：最早发现的强子是质子，最早发现的轻子是电子，故选项A错误；强子有内部结构，由夸克组成，轻子没有内部结构，所以C错误；质子、中子、介子、超子都属于强子，τ子质量比核子质量大，但仍属于轻子，D错误，B正确。答案：B2．正电子、负质子等都属于反粒子，它们跟普通电子、质子的质量、电荷量均相等，而电性相反。科学家设想在宇宙的某些部分可能存在完全由反粒子构成的物质——反物质。1997年初和年底，欧洲和美国的科研机构先后宣布：他们分别制造出9个和7个反氢原子，这是人类探索反物质的一大进步。你推测反氢原子的结构是()A．由一个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成B．由一个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成C．由一个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成D．由一个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成解析：反氢原子的结构是由反粒子构成的物质，正电子、负质子等都属于反粒子，由反粒子的特点可知选项B正确。答案：B3．关于聚变，以下说法中正确的是()A．两个轻核聚变为中等质量的原子核时放出能量B．同样质量的物质发生聚变时放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大好多倍C．聚变反应的条件是聚变物质的体积达到临界体积D．发生聚变反应时的原子核必须有足够大的动能解析：两个轻核聚合为较大质量的原子核就可释放能量，但不一定是中等质量的核，故A项错误；聚变反应放出的能量比同样质量的物质裂变时释放的能量大得多，故B项正确；裂变反应的条件是裂变物质的体积达到临界体积，而聚变反应的条件是原子核间距达到10－15m答案：BD4．月球土壤里大量存在着一种叫做“氦3(eq\o\al(3,2)He)”的化学元素，是热核聚变的重要原料。科学家初步估计月球上至少有100万吨氦3，如果相关技术开发成功，将可为地球带来取之不尽的能源。关于“氦3(eq\o\al(3,2)He)”与氘核聚变，下列说法正确的是()A．核反应方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)HB．核反应生成物的质量将大于参加反应物的质量C．氦3(eq\o\al(3,2)He)一个核子的结合能大于氦4(eq\o\al(4,2)He)一个核子的结合能D．氦3(eq\o\al(3,2)He)的原子核与一个氘核发生聚变将放出能量解析：根据质量数守恒、电荷数守恒和已知条件可以写出核反应方程为eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(2,1)H→eq\o\al(4,2)He＋eq\o\al(1,1)H，故A对；由于此核反应过程中放出能量将出现质量亏损，所以B、C错，D正确。答案：AD5．已知π＋介子、π－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eq\x\to(u)或反夸克eq\x\to(d))组成的，它们的带电荷量如下表所示，表中e为元电荷。π＋π－udeq\x\to(u)eq\x\to(d)带电荷量＋e－e＋eq\f(2,3)e－eq\f(1,3)e－eq\f(2,3)e＋eq\f(1,3)e下列说法中正确的是()A．π＋由u和eq\x\to(d)组成 B．π＋由d和eq\x\to(u)组成C．π－由u和eq\x\to(d)组成 D．π－由d和eq\x\to(u)组成解析：根据电荷量关系可知，由于π＋介子带有＋e的电荷量，又由于π＋介子是由夸克和反夸克组成，根据题意可知π＋介子(＋e)应由一个u夸克(＋eq\f(2,3)e)和一个反夸克eq\x\to(d)(＋eq\f(1,3)e)组成，同理π－介子由一个d夸克和一个反夸克eq\x\to(u)组成。答案：AD6．质子—质子循环发生的核反应被认为是恒星能量的一种可能来源，具体的一个循环过程是这样的：两个质子(eq\o\al(1,1)H)发生聚变，生成一个氘核(eq\o\al(2,1)H)，生成的氘核(eq\o\al(2,1)H)再与一个质子(eq\o\al(1,1)H)聚变生成一个氦核(eq\o\al(3,2)He)，接下来两个氦核(eq\o\al(3,2)He)发生聚变，生成氦的同位素(eq\o\al(4,2)He)同时再产生两个质子(eq\o\al(1,1)H)，这两个质子(eq\o\al(1,1)H)再度发生聚变……进入下一个循环反应，成为恒星不竭之能量源泉。对于这种质子—质子循环发生的核反应，下列说法正确的是()A．两个质子(eq\o\al(1,1)H)发生聚变，可表示为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(0,1)eB．两个质子(eq\o\al(1,1)H)发生聚变，可表示为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→2eq\o\al(1,1)HC．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为3eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(3,2)He＋eq\o\al(0,1)eD．一个完整的质子—质子循环核反应可表示为6eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2eq\o\al(1,1)H解析：由题意及核反应中的质量数与电荷数守恒可得两个质子(eq\o\al(1,1)H)发生聚变，可表示为eq\o\al(1,1)H＋eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(0,1)e，A正确、B错误；由题意可知一个完整的质子—质子循环反应可表示为6eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2eq\o\al(1,1)H，C错误、D正确。答案：AD7．(·新课标全国卷)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：eq\o\al(2,1)H＋eq\o\al(3,1)H→eq\o\al(4,2)He＋x，式中x是某种粒子。已知：eq\o\al(2,1)H、eq\o\al(3,1)H、eq\o\al(4,2)He和粒子x的质量分别为2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeV/c2，c是真空中的光速。由上述反应方程和数据可知，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：根据电荷数守恒和质量数守恒可知，x的质量数为1，电荷数为零，故x为中子。质量亏损Δm＝2.0141u＋3.0161u－(4.0026u＋1.0087u)＝0.0189u，E＝Δmc2＝0.0189×931.5MeV＝17.6MeV。答案：eq\o\al(1,0)n(或中子)17.68．天文观测表明，几乎所有远处的恒星(或星系)都在以各自的速度背离我们而运动，离我们越远的星体，背离我们运动的速度(称为退行速度)越大；也就是说，宇宙在膨胀，不同星体的退行速度v和它们离我们的距离r成正比，即v＝Hr，式中H为一常量，称为哈勃常数，已知由天文观察测定。为解释上述现象，有人提出一种理论，认为宇宙是从一个大爆炸的火球开始形成的。假设大爆炸后各星体即以不同的速度向外匀速运动，并设想我们就位于其中心，则速度越大的星体现在离我们越远。这一结果与上述天文观测一致。由上述理论和天文观测结果，可估算宇宙年龄T，其计算式为T＝______________。根据近期观测，哈勃常数H＝3×10－2m解析：由题意知T＝eq\f(r,v)＝eq\f(1,H)，T＝eq\f(1,H)＝eq\f(1×3×108m/s,3×10－2m/s)年＝1010年。答案：eq\f(1,H)10109．太阳内部的核聚变反应可以释放出大量的能量，这些能量以电磁波辐射的形式向四面八方辐射出去，其总功率达P＝3.8×1026W。(1)估算太阳每秒钟的质量亏损；(2)设太阳上的核反应都是4eq\o\al(1,1)H→eq\o\al(4,2)He＋2eq\o\al(0,1)e＋2ν＋28MeV这种形式的反应(ν是中微子，其质量远小于电子质量，是穿透力极强的中性粒子)，地日距离L＝1.5×1011m，试估算每秒钟太阳垂直照射地面上每平方米有多少中微子到达。(3)假设原始太阳全部由质子和电子组成，并且只有10%的质子可供“燃烧”，试估算太阳的寿命(太阳的质量为2.0×1030kg，质子的质量为1.67×10－解析：(1)太阳每秒钟释放的能量为ΔE＝Pt＝3.8×1026J，由质能方程ΔE＝Δmc2可得Δm＝eq\f(ΔE,c2)＝eq\f(3.8×1026,3×1082)kg＝4.2×109kg。(2)设E0＝28MeV，每秒钟的核反应的次数为：n＝eq\f(ΔE,E0)＝eq\f(3.8×1026,28×106×1.6×10－19)＝8.48×1037次每秒钟产生的中微子为n1＝2n＝1.696×1038个建一个以L为半径的球模型，球的表面积为S＝4πL2＝2.826×10则每平方米上有中微子的个数为：n2＝eq\f(n1,S)＝eq\f(1.696×1038,2.826×1023)＝6×1014个。